JP4788757B2 - 光学表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、複数の光変調素子を介して光源からの光を変調して画像を表示する装置に係り、特に、輝度ダイナミックレンジおよび階調数の拡大を実現するのに好適な光変調装置、光学表示装置、光変調制御プログラム及び光学表示装置制御プログラム、並びに光変調制御方法及び光学表示装置制御方法に関する。
近年、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＥＬ、プラズマディスプレイ、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）、プロジェクタ等の光学表示装置における画質改善は目覚しく、解像度、色域については人間の視覚特性にほぼ匹敵する性能が実現されつつある。しかしながら、輝度ダイナミックレンジについてみると、その再現範囲は、たかだか１〜１０2［ｎｉｔ］程度にとどまり、また、階調数は、８ビットが一般的である。一方、人間の視覚は、一度に知覚し得る輝度ダイナミックレンジが１０-2〜１０4［ｎｉｔ］程度であり、また、輝度弁別能力は、０．２［nit］程度で、これを階調数に換算すると、１２ビット相当といわれている。このような視覚特性を通じて現在の光学表示装置の表示画像をみると、輝度ダイナミックレンジの狭さが目立ち、加えてシャドウ部やハイライト部の階調が不足しているため表示画像のリアリティさや迫力に対して物足りなさを感じることになる。
また、映画やゲーム等で使用されるコンピュータグラフィックス（以下、ＣＧと略記する。）では、人間の視覚に近い輝度ダイナミックレンジや階調数を表示データ（以下、ＨＤＲ（High Dynamic Range）表示データという。）に持たせて描写のリアリティを追求する動きが主流になりつつある。しかしながら、それを表示する光学表示装置の性能が不足しているため、ＣＧコンテンツが本来有する表現力を充分に発揮することができないという課題がある。
さらに、次期ＯＳ（Operating System）においては、１６ビット色空間の採用が予定されており、現在の８ビット色空間と比較して輝度ダイナミックレンジや階調数が飛躍的に増大する。そのため、１６ビット色空間を生かすことができる光学表示装置の実現が望まれる。
光学表示装置のなかでも、液晶プロジェクタ、ＤＬＰ（登録商標）（Digital Light Processing、TI社の商標）プロジェクタといった投射型表示装置は、大画面表示が可能であり、表示画像のリアリティさや迫力を再現する上で効果的な装置である。この分野では、上記の課題を解決するために、次のような提案がなされている。
高ダイナミックレンジの投射型表示装置としては、例えば、特許文献１、特許文献２及び非特許文献１に開示されている技術があり、光源と、光の全波長領域の輝度を変調する第１光変調素子と、光の波長領域のうちＲＧＢ３原色の各波長領域についてその波長領域の輝度を変調する第２光変調素子とを備え、光源からの光を第１光変調素子で変調して所望の輝度分布を形成し、その光学像を第２光変調素子の表示面に結像して色変調し、２次変調した光を投射するというものである。第１光変調素子および第２光変調素子の各画素は、ＨＤＲ表示データから決定される第１制御値および第２制御値に基づいてそれぞれ別個に制御される。光変調素子としては、透過率が独立に制御可能な画素構造またはセグメント構造を有し、二次元的な透過率分布を制御し得る透過率変調素子が用いられる。その代表例としては、液晶ライトバルブが挙げられる。また、透過率変調素子の代わりに反射率変調素子を用いてもよく、その代表例としては、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）が挙げられる。
いま、暗表示の透過率が０．２％、明表示の透過率が６０％の光変調素子を使用する場合を考える。光変調素子単体では、輝度ダイナミックレンジは、６０／０．２＝３００となる。上記従来の投射型表示装置は、輝度ダイナミックレンジが３００の光変調素子を光学的に直列に配置することに相当するので、３００×３００＝９００００の輝度ダイナミックレンジを実現することができる。また、階調数についてもこれと同等の考えが成り立ち、８ビット階調の光変調素子を光学的に直列に配置することにより、８ビットを超える階調数を得ることができる。
またその他に、高い輝度ダイナミックレンジを実現する投射型表示装置としては、例えば、非特許文献１に開示されている投射型表示装置、および特許文献２に開示されている表示装置が知られている。
非特許文献１および特許文献２記載の発明とも、第１光変調素子としてＬＣＤを、第２光変調素子としてＬＥＤまたは蛍光灯等の変調可能な照明を用いている。
特開２００１−１００６８９号公報 特開２００２−９９２５０号公報 Helge Seetzen,Lorne A.Whitehead,Greg Ward,"A High Dynamic Range Display Using Low and High Resolution Modulators",SID Symposium 2003,pp.1450-1453(2003)
しかしながら、ＨＤＲ表示データは、従来のｓＲＧＢ等の画像フォーマットでは実現できない高い輝度ダイナミックレンジを実現することができる画像データであり、画素の輝度レベルを示す画素値を画像の全画素について格納している。ＨＤＲ表示データにおける画素ｐの輝度レベルをＲｐ、第１光変調素子の画素ｐに対応する画素の透過率をＴ１、第２光変調素子の画素ｐに対応する画素の透過率をＴ２とすると、下式（１），（２）が成立する。
Ｒｐ ＝ Ｔｐ×Ｒｓ …（１）
Ｔｐ ＝ Ｔ１×Ｔ２×Ｇ …（２）
ただし、上式（１），（２）において、Ｒｓは光源の輝度、Ｇはゲインであり、いずれも定数である。また、Ｔｐは、光変調率である。
上式（１），（２）から、画素ｐについてＴ１およびＴ２の組み合わせが無数に存在することが分かる。しかしながら、Ｔ１およびＴ２を任意に決定してよいわけではない。決定の仕方によっては画質が劣化することがあるので、Ｔ１およびＴ２は、画質を考慮して適切に決定する必要がある。
非特許文献１記載の発明にあっては、２つの光変調素子を用いた場合に高い輝度ダイナミックレンジを実現できることを概念的に説明するにとどまり、ＨＤＲ表示データに基づいて第１光変調素子および第２光変調素子の各画素の制御値（すなわち、Ｔ１およびＴ２）をどのように決定し、またその制御値を用いてどのように制御するかについてまでは開示されていない。したがって、Ｔ１およびＴ２の決定の仕方及び決定した制御値による制御の仕方によっては画質が劣化するという問題があった。
一方、特許文献２記載の発明にあっては、バックライトの輝度制御及びＬＣＤの透過率制御により輝度ダイナミックレンジの拡大を実現する方法については詳しく述べているが、第１光変調素子と第２光変調素子に前記したバックライトとＬＣＤとの組み合わせとは異なるものを用いた他の構成や、第１光変調素子と第２光変調素子の解像度が異なる構成については輝度ダイナミックレンジの拡大を実現する具体的な方法が述べられていない。
そこで、本発明は、このような従来の技術の有する未解決の課題に着目してなされたものであって、第１光変調素子と第２光変調素子とを介して２段階で光源からの光を変調することで表示画像の輝度ダイナミックレンジ及び階調数を拡大し、画質を向上するとともに、第１光変調素子よりも解像度の高い第２光変調素子の解像度に合わせて画像を表示するのに好適な光変調装置、光学表示装置、光変調制御プログラム及び光学表示装置制御プログラム、並びに光変調制御方法及び光学表示装置制御方法を提供することを目的としている。
〔発明１〕 上記目的を達成するために、発明１の光変調装置は、光伝搬特性を独立に制御可能な複数の画素を有する第１光変調素子と、光伝搬特性を独立に制御可能で且つ前記第１光変調素子より多数の画素を有する第２光変調素子とを備え、前記第１光変調素子の画素と前記第２光変調素子の画素を１：ｎ（ｎは２以上の整数）で光学的に対応させ、前記第１光変調素子及び前記第２光変調素子を介して光源からの光を変調する光学系に適用される装置であって、前記第２光変調素子のｎ個の画素のうちその一部を所定の光伝搬特性とし残部を光の伝搬効率が最低又は略最低となる光伝搬特性にした制御パターンを複数種設定し、前記第１光変調素子の１個の画素に対応する前記第２光変調素子のｎ個の画素を前記複数種の制御パターンのいずれかで制御するとともに、前記第１光変調素子の画素の光伝搬特性の切換タイミングに合わせて、前記第２光変調素子の画素の制御パターンを切り換えるようになっていることを特徴としている。
このような構成であれば、前記第１光変調素子の１個の画素に対応する前記第２光変調素子のｎ個の画素を前記複数種の制御パターンのいずれかで制御するとともに、前記第１光変調素子の画素の光伝搬特性の切換タイミングに合わせて、前記第２光変調素子の画素の制御パターンを切り換えることが可能である。
従って、第２光変調素子における、第１光変調素子の各画素に対応するｎ個の画素の光伝搬特性を、第１光変調素子の各画素の切換えタイミングに合わせて各画素毎に適切な光伝搬特性に切り換えることによって、第２光変調素子の有する解像度（画素数）の光によって形成される光学像を目的位置に伝達できるという効果が得られる。
また、第１光変調素子および第２光変調素子により光源の光を２段階に変調するので、比較的高い輝度ダイナミックレンジおよび階調数を実現することができるという効果が得られる。
ここで、光伝搬特性とは、光の伝搬に影響を与える特性をいい、例えば、光の透過特性、反射特性、屈折特性その他の伝搬特性が含まれる。以下、発明２の光学表示装置、発明１２及び１３の光変調装置、発明１４、２４及び２５の光変調制御プログラム、発明１５の光学表示装置制御プログラム、発明２６、３７及び３８の光変調制御方法、並びに、発明２７の光学表示装置制御方法において同じである。
また、光変調素子は、上記したように画素毎の透過率や反射率等の光伝搬特性を制御可能な液晶ライトバルブやＤＭＤ等の素子を含む。以下、発明２の光学表示装置、発明１２及び１３の光変調装置、発明１４、２４及び２５の光変調制御プログラム、発明１５の光学表示装置制御プログラム、発明２６、３７及び３８の光変調制御方法、並びに、発明２７の光学表示装置制御方法において同じである。
また、第２光変調素子のｎ個の画素に対する複数種の制御パターンは、第２光変調素子のｎ個の画素全ての光伝搬効率が最低又は略最低となる光伝搬特性に切り換える組み合わせも含む。以下、発明２の光学表示装置、発明１２の光変調制御プログラム、発明１３の光学表示装置制御プログラム、発明２６の光変調制御方法及び発明２７の光学表示装置制御方法において同じである。
〔発明２〕 一方、上記目的を達成するために、発明２の光学表示装置は、光伝搬特性を独立に制御可能な複数の画素を有する第１光変調素子と、光伝搬特性を独立に制御可能な複数の画素を有する第２光変調素子とを備え、前記第１光変調素子の画素と前記第２光変調素子の画素を１：ｎ（ｎは２以上の整数）で光学的に対応させ、前記第１光変調素子及び前記第２光変調素子を介して光源からの光を変調して画像を表示する装置であって、表示画像データのうち１の画素に対応する画素値を、前記第１光変調素子制御用の画素値及び前記第２光変調素子制御用の画素値にそれぞれ区分し、前記第１光変調素子制御用の画素値をさらに複数の原始画素値に区分し、前記第２光変調素子制御用の画素値に基づき前記第２光変調素子のｎ個の画素のうちその一部を所定の光伝搬特性とし残部を光の伝搬効率が最低又は略最低となる光伝搬特性にした制御パターンを複数種設定し、前記第１光変調素子制御用の各原始画素値に基づいて前記第１光変調素子の画素の光伝搬特性を時分割に切換制御する第１光伝搬特性制御手段と、前記第１光変調素子の画素の光伝搬特性の切換タイミングに合わせて、前記第２光変調素子の画素の制御パターンを切換制御する第２光伝搬特性制御手段と、を備えることを特徴としている。
このような構成であれば、第１光伝搬特性制御手段によって前記第１光変調素子制御用の各原始画素値に基づいて前記第１光変調素子の画素の光伝搬特性を時分割に切換制御することが可能であり、第２光伝搬特性制御手段によって前記第１光変調素子の画素の光伝搬特性の切換タイミングに合わせて、前記第２光変調素子の画素の制御パターンを切換制御することが可能である。
従って、表示画像データに基づき第１光変調素子の各画素の切り換えタイミングに合わせて、第２光変調素子のｎ個の画素の光伝搬特性の制御パターンを高速且つ時分割で切り換えることで、第２光変調素子の有する解像度で表示画像データの画像を表示することができるという効果が得られる。
また、第１光変調素子および第２光変調素子により光源の光を２段階に変調するので、比較的高い輝度ダイナミックレンジおよび階調数を実現することができるという効果が得られる。
ここで、原始画素値とは、画像の色情報を示す値であり、例えば、表示画像データの画素値が光の３原色であるＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の３つの色情報の値を含んでいる場合は、これらＲ，Ｇ，Ｂの各値を示す。以下、発明１５の光学表示装置制御プログラム及び発明２７の光学表示装置制御方法において同じである。
〔発明３〕 さらに、発明３の光学表示装置は、発明２の光学表示装置において、前記第１光変調素子の１画素に対応する前記第２光変調素子のｎ個の画素に対する前記画素値が全て同じ値であるときに、前記第１光伝搬特性制御手段は、前記第１光変調素子の各画素の光伝搬特性を前記画素値をさらに区分した複数の原始画素値に基づく光伝搬特性に切り換え、且つ、当該切り換えた光伝搬特性を前記ｎ個の画素の制御に応じた時間維持するようになっており、前記第２光伝搬特性制御手段は、前記第１光変調素子の各画素の切換タイミングに合わせて、前記ｎ個の画素の光伝搬特性を前記画素値に基づく光伝搬特性に切換制御するようになっていることを特徴としている。
このような構成であれば、前記第１光伝搬特性制御手段は、前記第１光変調素子の各画素の光伝搬特性を前記画素値をさらに区分した複数の原始画素値に基づく光伝搬特性に切り換え、且つ、当該切り換えた光伝搬特性を前記ｎ個の画素の制御に応じた時間維持することが可能であり、前記第２光伝搬特性制御手段は、前記第１光変調素子の各画素の切換タイミングに合わせて、前記ｎ個の画素の光伝搬特性を前記画素値に基づく光伝搬特性に切換制御することが可能である。
従って、ｎ個の画素に対応する表示画像データの画素値が全て同じ値であるときに、第１光変調素子及び第２光変調素子の対応する各画素の光伝搬特性の切り換え回数を減らすことができるので処理負荷を低減できると共に、対応する画素部分の時分割切換制御による輝度低下を防ぐことができるという効果が得られる。
〔発明４〕 さらに、発明４の光学表示装置は、発明２又は発明３の光学表示装置において、前記第１光伝搬特性制御手段及び第２光伝搬特性制御手段は、表示する画像が静止画像であるときに前記切換制御を行うようになっていることを特徴としている。
このような構成であれば、前記第１光伝搬特性制御手段及び第２光伝搬特性制御手段は、表示する画像が静止画像であるきに前記切換制御を行う。
従って、表示画像データが静止画像のときだけ上記切換制御を行い、一方、表示画像データが動画像であった場合は第１光変調素子の画素と第２光変調素子の画素とを一対一に対応させて、第１光変調素子の解像度で画像を表示するうようにすることで、表示画像が動画像のときには処理負荷を軽減でき、一方、表示画像が静止画像のときは高画質で画像を表示できるという効果が得られる。
ここで、静止画とは、画像データ自体が静止画である場合に限らず、動画データ中において、ある領域のデータが変化しない場合も静止画として含む。
〔発明５〕 さらに、発明５の光学表示装置は、発明２乃至発明４のいずれか１の光学表示装置において、前記第１光伝搬特性制御手段は、前記表示画像データに基づき前記第１光変調素子の各画素における前記原始画素値に応じた光伝搬特性を、当該各画素に対応する前記第２光変調素子の画素の光の伝搬効率よりも高い伝搬効率となる特性に切り換えるようになっていることを特徴としている。
このような構成であれば、前記第１光伝搬特性制御手段は、前記表示画像データに基づき前記第１光変調素子の各画素における前記原始画素値に応じた光伝搬特性を、当該各画素に対応する前記第２光変調素子の画素の光の伝搬効率よりも高い伝搬効率となる特性に切換えることが可能である。
従って、上記時分割の切換制御によって低下する表示画像の輝度を第１光変調素子の各画素の光伝搬効率を高めることにより補うことができるという効果が得られる。
〔発明６〕 さらに、発明６の光学表示装置は、発明２乃至発明４のいずれか１の光学表示装置において、前記第２光伝搬特性制御手段は、前記表示画像データに基づき前記第２光変調素子における画素の前記第２光変調素子制御用の画素値に応じた光伝搬特性を、当該画素に対応する前記第１光変調素子の画素の光の伝搬効率よりも高い伝搬効率となる特性に切り換えることを特徴としている。
このような構成であれば、前記第２光伝搬特性制御手段は、前記表示画像データに基づき前記第２光変調素子における画素の前記第２光変調素子制御用の画素値に応じた光伝搬特性を、当該画素に対応する前記第１光変調素子の画素の光の伝搬効率よりも高い伝搬効率となる特性に切り換えることが可能である。
従って、上記時分割の切換制御によって低下する表示画像の輝度を第２光変調素子の画素の光伝搬効率を高めることにより補うことができるという効果が得られる。
〔発明７〕 さらに、発明７の光学表示装置は、発明２乃至発明６のいずれか１の光学表示装置において、前記第１光変調素子及び前記第２光変調素子は共に前記画素がマトリクス状に配列された構成となっており、前記第２光変調素子の画素数が、前記第１光変調素子の画素数に対して行方向及び列方向共に整数倍であり、前記第１光変調素子の各画素毎に、当該画素と前記第２光変調素子のｎ個の画素とが規則的に且つ光学的に対応していることを特徴としている。
このような構成であれば、第１光変調素子の各画素と第２光変調素子のｎ個の画素とが規則的に対応しているので、切り換え処理を簡易に行うことが可能となり、処理の高速化に加え、回路構成及び光学構成の簡略化などによるコストの低減ができるという効果が得られる。
〔発明８〕 さらに、発明８の光学表示装置は、発明７の光学表示装置において、異なる複数の波長領域の光に対応した複数の前記第１光変調素子を備え、前記各第１光変調素子の各画素毎に、当該画素と前記第２光変調素子のｎ個の画素とが規則的に且つ光学的に対応していることを特徴としている。
このような構成であれば、例えば、光の３原色の各色光のように波長領域の異なる複数の光にそれぞれ対応した複数の第１光変調素子の各画素と、第２光変調素子のｎ個の画素とが規則的に対応するので、カラー画像の表示において、例えば、第１光変調素子を１つにして回転型のカラーフィルタ等で構成するような場合に比べ、３つの色光を第１光変調素子で別々に変調することができるので、処理速度を向上でき、また、第２光変調素子として従来の液晶表示素子（ＬＣＤ、液晶ライトバルブ等）を転用できるのでコストを低減することができるという効果が得られる。
〔発明９〕 さらに、発明９の光学表示装置は、発明７又は８の光学表示装置において、前記第２光変調素子の列方向の画素数が、前記第１光変調素子の列方向の画素数の２倍であり、前記第２光伝搬特性切換手段は、前記第２光変調素子の偶数行及び奇数行のいずれか一方から順番に前記表示画像データの画素値に対応する光伝搬特性の前記切換処理を行い、当該切換処理が行われている間は他方の行の画素の光伝搬特性を光の伝搬効率が最低又は略最低となる特性に切り換えるようになっていることを特徴としている。
このような構成であれば、前記第２光伝搬特性制御手段は、前記第２光変調素子の偶数行及び奇数行のいずれか一方の画素から順番に前記切換制御を行い、当該切換制御が行われている間は他方の行の画素の光伝搬特性を光の伝搬効率が最低又は略最低となる特性に切り換えることが可能である。
従って、第２光変調素子において、インターレース走査と同様の手順で光の変調処理を行うことができるので、表示解像度が２倍になっても１倍速動作を２回行うことで画像の表示を行うことができるので、回路構成や光学構成の簡易化によるコスト低減ができるという効果が得られる。
また、インターレース走査と同様の手順により画像を表示するので、動画像の表示品質を向上することができるという効果が得られる。
また、インターレース信号とのマッチングが良くなるためインターレース映像信号による画像表示時の画質が向上する。
〔発明１０〕 さらに、発明１０の光学表示装置は、発明７又は８の光学表示装置において、前記第２光変調素子の行方向の画素数が、前記第１光変調素子の行方向の画素数の２倍であり、前記第２光伝搬特性切換手段は、前記第２光変調素子の偶数列及び奇数列のいずれか一方から順番に前記表示画像データの画素値に対応する光伝搬特性の前記切換処理を行い、当該切換処理が行われている間は他方の列の画素の光伝搬特性を光の伝搬効率が最低又は略最低となる特性に切り換えるようになっていることを特徴としている。
このような構成であれば、前記第２光伝搬特性制御手段は、前記第２光変調素子の偶数列及び奇数列のいずれか一方の画素から順番に前記切換制御を行い、当該切換制御が行われている間は他方の列の画素の光伝搬特性を光の伝搬効率が最低又は略最低となる特性に切り換えることが可能である。
従って、第２光変調素子において、インターレース走査と同様の手順で光の変調処理を行うことができるので、表示解像度が２倍になっても１倍速動作を２回行うことで画像の表示を行うことができるので、回路構成や光学構成の簡易化によるコスト低減ができるという効果が得られる。
また、インターレース走査と同様の手順により画像を表示するので、動画像の表示品質を向上することができるという効果が得られる。
また、インターレース信号とのマッチングが良くなるためインターレース映像信号による画像表示時の画質が向上する。
〔発明１１〕 さらに、発明１１の光学表示装置は、発明２乃至発明１０のいずれか１の光学表示装置において、前記第２光変調素子は液晶表示素子であることを特徴としている。
このような構成であれば、第２光変調素子として、従来のカラーフィルタ付きのＬＣＤパネルからカラーフィルタを取り外したものを転用したり、従来のカラーフィルタ付きＬＣＤのカラーフィルタをモノクロフィルタに交換したものを転用したりできるので、コストを低減できるという効果が得られる。
〔発明１２〕 一方、上記目的を達成するために、発明１２の光変調装置は、光伝搬特性を独立に制御可能な複数の画素を有する光変調素子と、輝度を独立に調整可能な複数の光源を有する輝度調整光源とを備え、前記光変調素子の画素と前記輝度調整光源の光源を１：ｎ（ｎは２以上の整数）で光学的に対応させ、前記光変調素子を介して前記輝度調整光源からの光を変調する光学系に適用される装置であって、前記輝度調整光源のｎ個の光源のうちその一部を所定輝度で点灯し残部を非点灯とした制御パターンを複数種設定し、前記光変調素子の１画素に対応する前記輝度調整光源のｎ個の光源を前記複数種の制御パターンのうちいずれかで制御するとともに、前記光変調素子の各画素の光伝搬特性の切換タイミングに合わせて、前記各画素に対応する前記輝度変調光源のｎ個の光源の制御パターンを切り換えるようになっていることを特徴としている。
このような構成であれば、前記光変調素子の各画素の光伝搬特性を所定特性に時分割で切り替えることが可能であり、前記各画素の光伝搬特性の切り換えタイミングに合わせて、当該各画素に対応するｎ個の光源の輝度を複数種の制御パターンのいずれかに切り換えることが可能である。
従って、輝度変調光源におけるｎ個の光源の輝度を、各画素の光伝搬特性の切換えタイミングに合わせて各光源毎に適切な制御パターンに切り換えることによって、輝度変調光源の有する解像度（光源数）の光によって形成される光学像を目的位置に伝達できるという効果が得られる。
また、輝度変調光源および光変調素子により光源の光を２段階に変調するので、比較的高い輝度ダイナミックレンジおよび階調数を実現することができるという効果が得られる。
また、輝度変調光源は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）、ＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）、蛍光灯などの輝度を調整可能な光源により構成されたものを含む。以下、発明１３の光学表示装置、発明２４及び２５の光変調制御プログラム、並びに、発明３７及び３８の光変調制御方法において同じである。
また、所定数の光源に対する所定輝度への切り換え処理は、光変調素子の各画素の切り換えタイミングに合わせて、ｎ個の光源を全て消灯する組み合わせも含む。以下、発明２４の光変調制御プログラム及び発明３７の光変調制御方法において同じである。
〔発明１３〕 一方、上記目的を達成するために、発明１３の光変調装置は、輝度を独立に調整可能な複数の光源を有する輝度調整光源と、光伝搬特性を独立に制御可能な複数の画素を有する光変調素子とを備え、前記輝度調整光源の光源と前記光変調素子の画素を１：ｎ（ｎは２以上の整数）で光学的に対応させ、前記光変調素子を介して前記輝度調整光源からの光を変調する光学系に適用される装置であって、前記光変調素子のｎ個の画素のうちその一部を所定の光伝搬特性とし残部を光の伝搬効率が最低又は略最低となる光伝搬特性にした制御パターンを複数種設定し、前記輝度調整光源の１個の光源に対応する前記光変調素子のｎ個の画素を前記複数種の制御パターンのうちいずれかで制御するとともに、前記輝度調整光源の各光源の輝度の切換タイミングに合わせて、前記各光源に対応する前記光変調素子のｎ個の画素の制御パターンを切り換えるようになっていることを特徴としている。
このような構成であれば、前記輝度調整光源の各光源の輝度を時分割で切り換えることが可能であり、前記各光源の輝度の切り換えタイミングに合わせて、当該各光源に対応するｎ個の画素の光伝搬特性を所定特性に切り換えることが可能である。
従って、各光源に対応するｎ個の画素の光伝搬特性を、各光源の切換えタイミングに合わせて適切な制御パターンに切り換えることによって、光変調素子の有する解像度（画素数）の光によって形成される光学像を目的位置に伝達できるという効果が得られる。
また、輝度変調光源および光変調素子により光源の光を２段階に変調するので、比較的高い輝度ダイナミックレンジおよび階調数を実現することができるという効果が得られる。
また、複数種の制御パターンは、輝度変調光源の各光源の切り換えタイミングに合わせて、所定数の画素を全て光の伝搬効率が最低又は略最低となる光伝搬特性とする組み合わせも含む。以下、発明２５の光変調制御プログラム及び発明３８の光変調制御方法において同じである。
〔発明１４〕 一方、上記目的を達成するために、発明１４の光変調制御プログラムは、光伝搬特性を独立に制御可能な複数の画素を有する第１光変調素子と、光伝搬特性を独立に制御可能で且つ前記第１光変調素子より多数の画素を有する第２光変調素子とを備え、前記第１光変調素子の画素と前記第２光変調素子の画素を１：ｎ（ｎは２以上の整数）で光学的に対応させ、前記第１光変調素子及び前記第２光変調素子を介して光源からの光を変調する光学系に適用されるプログラムであって、前記第２光変調素子のｎ個の画素のうちその一部を所定の光伝搬特性とし残部を光の伝搬効率が最低又は略最低となる光伝搬特性にした制御パターンを複数種設定し、前記第１光変調素子の１個の画素に対応する前記第２光変調素子のｎ個の画素を前記複数種の制御パターンのいずれかで制御するとともに、前記第１光変調素子の画素の光伝搬特性の切換タイミングに合わせて、前記第２光変調素子の画素の制御パターンを切り換えるようになっていることを特徴としている。
ここで、本発明は、発明１の光変調装置に適用可能なプログラムであり、これにより発明１の光変調装置と同等の効果が得られる。
〔発明１５〕 一方、上記目的を達成するために、発明１５の光学表示装置制御プログラムは、光伝搬特性を独立に制御可能な複数の画素を有する第１光変調素子と、光伝搬特性を独立に制御可能な複数の画素を有する第２光変調素子とを備え、前記第１光変調素子の画素と前記第２光変調素子の画素を１：ｎ（ｎは２以上の整数）で光学的に対応させ、前記第１光変調素子及び前記第２光変調素子を介して前記光源からの光を変調して画像を表示する光学表示装置を制御するためのプログラムであって、表示画像データのうち１の画素に対応する画素値を、前記第１光変調素子制御用の画素値及び前記第２光変調素子制御用の画素値にそれぞれ区分し、前記第１光変調素子制御用の画素値をさらに複数の原始画素値に区分し、前記第２光変調素子制御用の画素値に基づき前記第２光変調素子のｎ個の画素のうちその一部を所定の光伝搬特性とし残部を光の伝搬効率が最低又は略最低となる光伝搬特性にした制御パターンを複数種設定し、前記第１光変調素子制御用の各原始画素値に基づいて前記第１光変調素子の画素の光伝搬特性を時分割に切換制御する第１光伝搬特性制御手段、及び、前記第１光変調素子の画素の光伝搬特性の切換タイミングに合わせて、前記第２光変調素子の画素の制御パターンを切換制御する第２光伝搬特性制御手段として実現される処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであることを特徴としている。
ここで、本発明は、発明２の光学表示装置に適用可能なプログラムであり、これにより発明２の光学表示装置と同等の効果が得られる。
〔発明１６〕 さらに、発明１６の光学表示装置制御プログラムは、発明１５の光学表示装置制御プログラムにおいて、前記第１光変調素子の１画素に対応する前記第２光変調素子のｎ個の画素に対する前記画素値が全て同じ値であるときに、前記第１光伝搬特性制御手段は、前記第１光変調素子の各画素の光伝搬特性を前記画素値をさらに区分した複数の原始画素値に基づく光伝搬特性に切り換え、且つ、当該切り換えた光伝搬特性を前記ｎ個の画素の制御に応じた時間維持するようになっており、前記第２光伝搬特性制御手段は、前記第１光変調素子の各画素の切換タイミングに合わせて、前記ｎ個の画素の光伝搬特性を前記画素値に基づく光伝搬特性に切換制御するようになっていることを特徴としている。
ここで、本発明は、発明３の光学表示装置に適用可能なプログラムであり、これにより発明３の光学表示装置と同等の効果が得られる。
〔発明１７〕 さらに、発明１７の光学表示装置制御プログラムは、発明１５又は１６の光学表示装置制御プログラムにおいて、前記第１光伝搬特性制御手段及び第２光伝搬特性制御手段は、表示する画像が静止画像であるときに前記切換制御を行うようになっていることを特徴としている。
ここで、本発明は、発明４の光学表示装置に適用可能なプログラムであり、これにより発明４の光学表示装置と同等の効果が得られる。
〔発明１８〕 さらに、発明１８の光学表示装置制御プログラムは、発明１５乃至１７のいずれか１の光学表示装置制御プログラムにおいて、前記第１光伝搬特性制御手段は、前記表示画像データに基づき前記第１光変調素子の各画素における前記原始画素値に応じた光伝搬特性を、当該各画素に対応する前記第２光変調素子の画素の光の伝搬効率よりも高い伝搬効率となる特性に切り換えるようになっていることを特徴としている。
ここで、本発明は、発明５の光学表示装置に適用可能なプログラムであり、これにより発明５の光学表示装置と同等の効果が得られる。
〔発明１９〕 さらに、発明１９の光学表示装置制御プログラムは、発明１５乃至１７のいずれか１の光学表示装置制御プログラムにおいて、前記第２光伝搬特性制御手段は、前記表示画像データに基づき前記第２光変調素子における画素の前記第２光変調素子制御用の画素値に応じた光伝搬特性を、当該画素に対応する前記第１光変調素子の画素の光の伝搬効率よりも高い伝搬効率となる特性に切り換えることを特徴としている。
ここで、本発明は、発明６の光学表示装置に適用可能なプログラムであり、これにより発明６の光学表示装置と同等の効果が得られる。
〔発明２０〕 さらに、発明２０の光学表示装置制御プログラムは、発明１５乃至１９のいずれか１の光学表示装置制御プログラムにおいて、前記第１光変調素子及び前記第２光変調素子は共に前記画素がマトリクス状に配列された構成となっており、前記第２光変調素子の画素数が、前記第１光変調素子の画素数に対して行方向及び列方向共に整数倍であり、前記第１光変調素子の各画素毎に、当該画素と前記第２光変調素子のｎ個の画素とが規則的に且つ光学的に対応していることを特徴としている。
ここで、本発明は、発明７の光学表示装置に適用可能なプログラムであり、これにより発明７の光学表示装置と同等の効果が得られる。
〔発明２１〕 さらに、発明２１の光学表示装置制御プログラムは、発明２０の光学表示装置制御プログラムにおいて、異なる複数の波長領域の光に対応した複数の前記第１光変調素子を備え、前記各第１光変調素子の各画素毎に、当該画素と前記第２光変調素子のｎ個の画素とが規則的に且つ光学的に対応していることを特徴としている。
ここで、本発明は、発明８の光学表示装置に適用可能なプログラムであり、これにより発明８の光学表示装置と同等の効果が得られる。
〔発明２２〕 さらに、発明２２の光学表示装置制御プログラムは、発明２０又は２１の光学表示装置制御プログラムにおいて、前記第２光変調素子の列方向の画素数が、前記第１光変調素子の列方向の画素数の２倍であり、前記第２光伝搬特性切換手段は、前記第２光変調素子の偶数行及び奇数行のいずれか一方から順番に前記表示画像データの画素値に対応する光伝搬特性の前記切換処理を行い、当該切換処理が行われている間は他方の行の画素の光伝搬特性を光の伝搬効率が最低又は略最低となる特性に切り換えるようになっていることを特徴としている。
ここで、本発明は、発明９の光学表示装置に適用可能なプログラムであり、これにより発明９の光学表示装置と同等の効果が得られる。
〔発明２３〕 さらに、発明２３の光学表示装置制御プログラムは、発明２０又は２１の光学表示装置制御プログラムにおいて、前記第２光変調素子の行方向の画素数が、前記第１光変調素子の行方向の画素数の２倍であり、前記第２光伝搬特性切換手段は、前記第２光変調素子の偶数列及び奇数列のいずれか一方から順番に前記表示画像データの画素値に対応する光伝搬特性の前記切換処理を行い、当該切換処理が行われている間は他方の列の画素の光伝搬特性を光の伝搬効率が最低又は略最低となる特性に切り換えるようになっていることを特徴としている。
ここで、本発明は、発明１０の光学表示装置に適用可能なプログラムであり、これにより発明１０の光学表示装置と同等の効果が得られる。
〔発明２４〕 一方、上記目的を達成するために、発明２４の光変調制御プログラムは、光伝搬特性を独立に制御可能な複数の画素を有する光変調素子と、輝度を独立に調整可能な複数の光源を有する輝度調整光源とを備え、前記光変調素子の画素と前記輝度調整光源の光源を１：ｎ（ｎは２以上の整数）で光学的に対応させ、前記光変調素子を介して前記輝度調整光源からの光を変調する光学系に適用されるプログラムであって、前記輝度調整光源のｎ個の光源のうちその一部を所定輝度で点灯し残部を非点灯とした制御パターンを複数種設定し、前記光変調素子の１画素に対応する前記輝度調整光源のｎ個の光源を前記複数種の制御パターンのうちいずれかで制御するとともに、前記光変調素子の各画素の光伝搬特性の切換タイミングに合わせて、前記各画素に対応する前記輝度変調光源のｎ個の光源の制御パターンを切り換えるようになっていることを特徴としている。
ここで、本発明は、発明１２の光変調装置に適用可能なプログラムであり、これにより発明１２の光変調装置と同等の効果が得られる。
〔発明２５〕 一方、上記目的を達成するために、発明２５の光変調制御プログラムは、輝度を独立に調整可能な複数の光源を有する輝度調整光源と、光伝搬特性を独立に制御可能な複数の画素を有する光変調素子とを備え、前記輝度調整光源の光源と前記光変調素子の画素を１：ｎ（ｎは２以上の整数）で光学的に対応させ、前記光変調素子を介して前記輝度調整光源からの光を変調する光学系に適用されるプログラムであって、前記光変調素子のｎ個の画素のうちその一部を所定の光伝搬特性とし残部を光の伝搬効率が最低又は略最低となる光伝搬特性にした制御パターンを複数種設定し、前記輝度調整光源の１個の光源に対応する前記光変調素子のｎ個の画素を前記複数種の制御パターンのうちいずれかで制御するとともに、前記輝度調整光源の各光源の輝度の切換タイミングに合わせて、前記各光源に対応する前記光変調素子のｎ個の画素の制御パターンを切り換えるようになっていることを特徴としている。
ここで、本発明は、発明１３の光変調装置に適用可能なプログラムであり、これにより発明１３の光変調装置と同等の効果が得られる。
〔発明２６〕 一方、上記目的を達成するために、発明２６の光変調制御方法は、光伝搬特性を独立に制御可能な複数の画素を有する第１光変調素子と、光伝搬特性を独立に制御可能で且つ前記第１光変調素子より多数の画素を有する第２光変調素子とを備え、前記第１光変調素子の画素と前記第２光変調素子の画素を１：ｎ（ｎは２以上の整数）で光学的に対応させ、前記第１光変調素子及び前記第２光変調素子を介して光源からの光を変調する光学系に適用される方法あって、前記第２光変調素子のｎ個の画素のうちその一部を所定の光伝搬特性とし残部を光の伝搬効率が最低又は略最低となる光伝搬特性にした制御パターンを複数種設定し、前記第１光変調素子の１個の画素に対応する前記第２光変調素子のｎ個の画素を前記複数種の制御パターンのいずれかで制御するとともに、前記第１光変調素子の画素の光伝搬特性の切換タイミングに合わせて、前記第２光変調素子の画素の制御パターンを切り換えることを特徴としている。
これにより、発明１の光変調装置と同等の効果が得られる。
〔発明２７〕 一方、上記目的を達成するために、発明２７の光学表示装置制御方法は、光伝搬特性を独立に制御可能な複数の画素を有する第１光変調素子と、光伝搬特性を独立に制御可能な複数の画素を有する第２光変調素子とを備え、前記第１光変調素子の画素と前記第２光変調素子の画素を１：ｎ（ｎは２以上の整数）で光学的に対応させ、前記第１光変調素子及び前記第２光変調素子を介して光源からの光を変調して画像を表示する光学表示装置を制御するための方法であって、表示画像データのうち１の画素に対応する画素値を、前記第１光変調素子制御用の画素値及び前記第２光変調素子制御用の画素値にそれぞれ区分し、前記第１光変調素子制御用の画素値をさらに複数の原始画素値に区分し、前記第２光変調素子制御用の画素値に基づき前記第２光変調素子のｎ個の画素のうちその一部を所定の光伝搬特性とし残部を光の伝搬効率が最低又は略最低となる光伝搬特性にした制御パターンを複数種設定し、前記第１光変調素子制御用の各原始画素値に基づいて前記第１光変調素子の画素の光伝搬特性を時分割に切換制御する第１光伝搬特性制御ステップと、前記第１光変調素子の画素の光伝搬特性の切換タイミングに合わせて、前記第２光変調素子の画素の制御パターンを切換制御する第２光伝搬特性制御ステップとを含むことを特徴としている。
これにより、発明２の光学表示装置と同等の効果が得られる。
〔発明２８〕 さらに、発明２８の光学表示装置制御方法は、発明２７の光学表示装置制御方法において、前記第１光変調素子の１画素に対応する前記第２光変調素子のｎ個の画素に対する前記画素値が全て同じ値であるときに、前記第１光伝搬特性制御ステップにおいては、前記第１光変調素子の各画素の光伝搬特性を前記画素値をさらに区分した複数の原始画素値に基づく光伝搬特性に切り換え、且つ、当該切り換えた光伝搬特性を前記ｎ個の画素の制御に応じた時間維持し、前記第２光伝搬特性制御ステップにおいては、前記第１光変調素子の各画素の切換タイミングに合わせて、前記ｎ個の画素の光伝搬特性を前記画素値に基づく光伝搬特性に切換制御することを特徴としている。
これにより、発明３の光学表示装置と同等の効果が得られる。
〔発明２９〕 さらに、発明２９の光学表示装置制御方法は、発明２７又は２８の光学表示装置制御方法において、前記第１光伝搬特性制御ステップ及び第２光伝搬特性制御ステップにおいては、表示する画像が静止画像であるときに前記切換制御を行うことを特徴としている。
これにより、発明４の光学表示装置と同等の効果が得られる。
〔発明３０〕 さらに、発明３０の光学表示装置制御方法は、発明２７乃至２９のいずれか１の光学表示装置制御方法において、前記第１光伝搬特性制御ステップにおいては、前記表示画像データに基づき前記第１光変調素子の各画素における前記原始画素値に応じた光伝搬特性を、当該各画素に対応する前記第２光変調素子の画素の光の伝搬効率よりも高い伝搬効率となる特性に切り換えることを特徴としている。
これにより、発明５の光学表示装置と同等の効果が得られる。
〔発明３１〕 さらに、発明３１の光学表示装置制御方法は、発明２７乃至３０のいずれか１の光学表示装置制御方法において、前記第２光伝搬特性制御ステップにおいては、前記表示画像データに基づき前記第２光変調素子における画素の前記第２光変調素子制御用の画素値に応じた光伝搬特性を、当該画素に対応する前記第１光変調素子の画素の光の伝搬効率よりも高い伝搬効率となる特性に切り換えることを特徴としている。
これにより、発明６の光学表示装置と同等の効果が得られる。
〔発明３２〕 さらに、発明３２の光学表示装置制御方法は、発明２７乃至３１のいずれか１の光学表示装置制御方法において、前記第１光変調素子及び前記第２光変調素子は共に前記画素がマトリクス状に配列された構成となっており、前記第２光変調素子の画素数が、前記第１光変調素子の画素数に対して行方向及び列方向共に整数倍であり、前記第１光変調素子の各画素毎に、当該画素と前記第２光変調素子のｎ個の画素とが規則的に且つ光学的に対応していることを特徴としている。
これにより、発明７の光学表示装置と同等の効果が得られる。
〔発明３３〕 さらに、発明３３の光学表示装置制御方法は、発明３２の光学表示装置制御方法において、異なる複数の波長領域の光に対応した複数の前記第１光変調素子を備え、前記各第１光変調素子の各画素毎に、当該画素と前記第２光変調素子のｎ個の画素とが規則的に且つ光学的に対応していることを特徴としている。
これにより、発明８の光学表示装置と同等の効果が得られる。
〔発明３４〕 さらに、発明３４の光学表示装置制御方法は、発明３１又は３２の光学表示装置制御方法において、前記第２光変調素子の列方向の画素数が、前記第１光変調素子の列方向の画素数の２倍であり、前記第２光伝搬特性切換ステップにおいては、前記第２光変調素子の偶数行及び奇数行のいずれか一方から順番に前記表示画像データの画素値に対応する光伝搬特性の前記切換処理を行い、当該切換処理が行われている間は他方の行の画素の光伝搬特性を光の伝搬効率が最低又は略最低となる特性に切り換えることを特徴としている。
これにより、発明９の光学表示装置と同等の効果が得られる。
〔発明３５〕 さらに、発明３５の光学表示装置制御方法は、発明３１又は３２の光学表示装置制御方法において、前記第２光変調素子の行方向の画素数が、前記第１光変調素子の行方向の画素数の２倍であり、前記第２光伝搬特性切換ステップにおいては、前記第２光変調素子の偶数列及び奇数列のいずれか一方から順番に前記表示画像データの画素値に対応する光伝搬特性の前記切換処理を行い、当該切換処理が行われている間は他方の列の画素の光伝搬特性を光の伝搬効率が最低又は略最低となる特性に切り換えることを特徴としている。
これにより、発明１０の光学表示装置と同等の効果が得られる。
〔発明３６〕 さらに、発明３６の光学表示装置制御方法は、発明３１又は３２の光学表示装置制御方法において、前記第２光変調素子は液晶表示素子であることを特徴としている。
これにより、発明１１の光学表示装置と同等の効果が得られる。
〔発明３７〕 一方、上記目的を達成するために発明３７の光変調制御方法は、光伝搬特性を独立に制御可能な複数の画素を有する光変調素子と、輝度を独立に調整可能な複数の光源を有する輝度調整光源とを備え、前記光変調素子の画素と前記輝度調整光源の光源を１：ｎ（ｎは２以上の整数）で光学的に対応させ、前記光変調素子を介して前記輝度調整光源からの光を変調する光学系に適用される方法であって、前記輝度調整光源のｎ個の光源のうちその一部を所定輝度で点灯し残部を非点灯とした制御パターンを複数種設定し、前記光変調素子の１画素に対応する前記輝度調整光源のｎ個の光源を前記複数種の制御パターンのうちいずれかで制御するとともに、前記光変調素子の各画素の光伝搬特性の切換タイミングに合わせて、前記各画素に対応する前記輝度変調光源のｎ個の光源の制御パターンを切り換えることを特徴としている。
これにより、発明１２の光変調装置と同等の効果が得られる。
〔発明３８〕 一方、上記目的を達成するために発明３８の光変調制御方法は、輝度を独立に調整可能な複数の光源を有する輝度調整光源と、光伝搬特性を独立に制御可能な複数の画素を有する光変調素子とを備え、前記輝度調整光源の光源と前記光変調素子の画素を１：ｎ（ｎは２以上の整数）で光学的に対応させ、前記光変調素子を介して前記輝度調整光源からの光を変調する光学系に適用される方法であって、前記光変調素子のｎ個の画素のうちその一部を所定の光伝搬特性とし残部を光の伝搬効率が最低又は略最低となる光伝搬特性にした制御パターンを複数種設定し、前記輝度調整光源の１個の光源に対応する前記光変調素子のｎ個の画素を前記複数種の制御パターンのうちいずれかで制御するとともに、前記輝度調整光源の各光源の輝度の切換タイミングに合わせて、前記各光源に対応する前記光変調素子のｎ個の画素の制御パターンを切り換えることを特徴としている。
これにより、発明１３の光変調装置と同等の効果が得られる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。図１〜図１５は、本発明に係る光変調装置、光学表示装置、光変調制御プログラムおよび光学表示装置制御プログラム、並びに光変調制御方法および光学表示装置制御方法の実施の形態を示す図である。
本実施の形態は、本発明に係る光変調装置、光学表示装置、光変調制御プログラムおよび光学表示装置制御プログラム、並びに光変調制御方法および光学表示装置制御方法を、図１に示すように、投射型表示装置１００に適用したものである。
まず、投射型表示装置１００の構成を図１に基づき説明する。
図１は、投射型表示装置１００の主たる光学構成を示すブロック図である。
投射型表示装置１００は、図１に示すように、超高圧水銀ランプやキセノンランプ等から成る光源１０と、光源１０からの光の輝度むらを分散し、照射面で一様な照度分布を得るための２枚のフライアイレンズ３２ａ，３２ｂと、フライアイレンズ３２ａ，３２ｂを介して入射した光の波長領域のうちＲＧＢ３原色の輝度をそれぞれ変調する色変調部１４と、色変調部１４から入射した光をリレーレンズ５０に効率よく入射させるための入射側レンズ４７と、入射側レンズ４７を介して入射した光を後述する輝度変調部１５にその強度分布をほぼ保存した状態で、かつ光損失を殆ど伴うことなく正確に伝達するためのリレーレンズ５０と、リレーレンズ５０を介して入射した光の全波長領域の輝度を変調する輝度変調部１５と、輝度変調部１５から入射した光をスクリーン（不図示）に投射する投射部１６とで構成されている。
色変調部１４は、透過率を独立に制御可能な複数の画素をマトリクス状に配列した構成の３枚の液晶ライトバルブ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂ（以下、液晶ライトバルブ４０Ｒ〜４０Ｂと略記する）と、５枚のフィールドレンズ４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂ1〜４２Ｂ3と、２枚のダイクロイックミラー４４ａ，４４ｂと、３枚のミラー４６ａ，４６ｂ，４６ｃと、ダイクロイックプリズム４５とで構成されている。
輝度変調部１５は、リレーレンズ５０を介して入射した光を略平行化して液晶ライトバルブ３０に向けて出射するための出射側レンズ４８と、透過率を独立に制御可能な複数の画素をマトリクス状に配列しかつ液晶ライトバルブ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂよりも高い解像度を有する液晶ライトバルブ３０とで構成されている。
まず、２枚のフライアイレンズ３２ａ，３２ｂを介して色変調部１４に入射した光をダイクロイックミラー４４ａ，４４ｂにより赤色、緑色および青色のＲＧＢ３原色に分光するとともに、フィールドレンズ４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂ1〜４２Ｂ3およびミラー４６ａ〜４６ｃを介して液晶ライトバルブ４０Ｒ〜４０Ｂに入射する。そして、分光したＲＧＢ３原色の光の輝度を液晶ライトバルブ４０Ｒ〜４０Ｂによりそれぞれ変調し、変調したＲＧＢ３原色の光をダイクロイックプリズム４５により集光して入射側レンズ４７、リレーレンズ５０及び出射側レンズ４８を介して液晶ライトバルブ３０に入射する。更に、液晶ライトバルブ３０により、入射光の全波長領域の輝度を変調し投射部１６に出射する。
ここで、液晶ライトバルブ３０，４０Ｒ〜４０Ｂは、画素電極およびこれを駆動するための薄膜トランジスタ素子や薄膜ダイオード等のスイッチング素子がマトリクス状に形成されたガラス基板と、全面にわたって共通電極が形成されたガラス基板との間にＴＮ型液晶を挟み込むとともに、外面に偏光板を配置したアクティブマトリックス型の液晶表示素子である。制御値（印加電圧）に応じて透過率を変え、液晶ライトバルブを通過する光の強度を変調することができる。例えば、電圧印加状態で白／明（透過）状態、電圧非印加状態で黒／暗（非透過）状態となり、与えられた制御値に応じてその間の階調がアナログ的に制御される。液晶ライトバルブ３０，４０Ｒ〜４０Ｂは、何れも透過光の強度を変調し、その変調度合いに応じた光学像を内包する点では同じであるが、前者の液晶ライトバルブ３０は全波長域の光（白色光）を変調するのに対して、後者の液晶ライトバルブ４０Ｒ〜４０Ｂは分光された特定波長領域の光（Ｒ，Ｇ，Ｂなどの色光）を変調する点で両者は異なっている。従って、以下では液晶ライトバルブ４０Ｒ〜４０Ｂで行われる光強度変調を色変調、液晶ライトバルブ３０で行われる光強度変調を輝度変調と便宜的に呼称して区別する。また、同様の観点から、液晶ライトバルブ４０Ｒ〜４０Ｂを色変調ライトバルブ、液晶ライトバルブ３０を輝度変調ライトバルブと呼称して区別する。
投射型表示装置１００は、輝度変調ライトバルブおよび色変調ライトバルブを制御する表示制御装置２００（不図示）を有している。本実施の形態では、輝度変調ライトバルブは色変調ライトバルブよりも高い解像度を有し、よって、輝度変調ライトバルブが表示解像度（投射型表示装置１００の表示画像を観測者が見たときに観測者が知覚する解像度をいう。）を決定する。勿論、表示解像度の関係はこれに限定されず、色変調ライトバルブが表示解像度を決定する構成も可能である。また、本実施の形態では、輝度変調ライトバルブ及び色変調ライトバルブ共に、電圧印加状態で白／明（透過）状態、電圧非印加状態で黒／暗（非透過）状態となるノーマリーブラックモードの液晶ライトバルブを適用している。また、液晶ライトバルブ４０Ｒ〜４０Ｂにおいて変調され、かつダイクロイックプリズム４５により集光された光に内包された光学像は、入射側レンズ４７、リレーレンズ５０及び出射側レンズ４８によって構成されるリレー光学系を介することによって、反転した状態（倒立像）で液晶ライトバルブ３０に伝達される。
次に、表示制御装置２００の構成を図２に基づき説明する。
図２は、表示制御装置２００のハードウェア構成を示すブロック図である。
表示制御装置２００は、図２に示すように、制御プログラムに基づいて演算およびシステム全体を制御するＣＰＵ１７０と、所定領域にあらかじめＣＰＵ１７０の制御プログラム等を格納しているＲＯＭ１７２と、ＲＯＭ１７２等から読み出したデータやＣＰＵ１７０の演算過程で必要な演算結果を格納するためのＲＡＭ１７４と、外部装置に対してデータの入出力を媒介するＩ／Ｆ１７８とで構成されており、これらは、データを転送するための信号線であるバス１７９で相互にかつデータ授受可能に接続されている。
Ｉ／Ｆ１７８には、外部装置として、輝度変調ライトバルブ（液晶ライトバルブ３０）および色変調ライトバルブ（液晶ライトバルブ４０Ｒ〜４０Ｂ）を駆動するライトバルブ駆動装置１８０と、データやテーブル等をファイルとして格納する記憶装置１８２と、外部のネットワーク１９９に接続するための信号線とが接続されている。
記憶装置１８２は、輝度変調ライトバルブおよび色変調ライトバルブを駆動するためのＨＤＲ表示データを記憶している。
ＨＤＲ表示データは、従来のｓＲＧＢ等の画像フォーマットでは実現できない高い輝度ダイナミックレンジを実現することができる画像データであり、画素の輝度レベルを示す画素値を画像の全画素について格納している。本実施の形態では、ＨＤＲ表示データとして、１つの画素についてＲＧＢ３原色ごとに放射輝度レベルを示す画素値を浮動小数点値として格納した形式を用いる。例えば、１つの画素の画素値として（１．２，５．４，２．３）という値が格納されている。
なお、ＨＤＲ表示データの生成方法の詳細については、例えば、公知文献１「P.E.Debevec, J.Malik,”Recovering High Dynamic Range Radiance Maps from Photographs”, Proceedings of ACM SIGGRAPH97, pp.367-378(1997)」に掲載されている。
また、記憶装置１８２は、色変調ライトバルブ及び輝度変調ライトバルブの制御値を登録した制御値登録テーブルを記憶している。
次に、図３に基づき、色変調ライトバルブと輝度変調ライトバルブとの画素の関係を説明する。図３（ａ）は、色変調ライトバルブの画素面の構成を示す図であり、（ｂ）は輝度変調ライトバルブの画素面の構成を示す図である。
本実施の形態においては、説明の便宜上、図３（ａ）に示すように、色変調ライトバルブ（液晶ライトバルブ４０Ｒ〜４０Ｂ）の画素面は縦３画素×横４画素から構成されており、図３（ｂ）に示すように、輝度変調ライトバルブ（液晶ライトバルブ３０）の画素面は縦３画素×横１２画素から構成されている。つまり、輝度変調ライトバルブの横の解像度が色変調ライトバルブの横の解像度の丁度３倍となっている。
本実施の形態においては、色変調ライトバルブの１画素毎に、輝度変調ライトバルブの複数画素を光学的に対応させ、色変調ライトバルブの各画素の透過率とこれと対応する輝度変調ライトバルブの複数画素の透過率とを時分割に切り替えることによって、輝度変調ライトバルブの解像度でＨＤＲ画像の高品質表示を行う。ここでは、色変調ライトバルブの１画素と輝度変調ライトバルブの３画素とを光学的に対応させる。
具体的には、図３（ａ）に示す色変調ライトバルブの画素Ｐ11と、図３（ｂ）に示す輝度変調ライトバルブの画素Ａ34〜Ｃ34から成る画素ブロックＰ34とを光学的に対応させる。同様に、色変調ライトバルブの画素Ｐ12〜Ｐ14，Ｐ21〜Ｐ24，Ｐ31〜Ｐ34を、輝度変調ライトバルブの画素ブロックＰ34（Ａ33〜Ｃ33）〜Ｐ31（Ａ32〜Ｃ32），Ｐ24（Ａ31〜Ｃ31）〜Ｐ21（Ａ21〜Ｃ21），Ｐ14（Ａ14〜Ｃ14）〜Ｐ11（Ａ11〜Ｃ11）と光学的に対応させる。
ここで、色変調ライトバルブのＰ11（左上）と輝度変調ライトバルブのＰ34（右下）とが対応するのは、上記したように、輝度変調ライトバルブの表示面に結像される光学像が、入射側レンズ４７、リレーレンズ５０及び出射側レンズ４８によって構成されるリレー光学系により倒立像となるためである。
次に、ＣＰＵ１７０の構成およびＣＰＵ１７０で実行される処理を説明する。
ＣＰＵ１７０は、マイクロプロセッシングユニット（ＭＰＵ）等からなり、ＲＯＭ１７２の所定領域に格納されている所定のプログラムを起動させ、そのプログラムに従って、図４のフローチャートに示す表示制御処理を実行するようになっている。
図４は、表示制御処理を示すフローチャートである。
表示制御処理は、ＨＤＲ表示データに基づいて輝度変調ライトバルブおよび色変調ライトバルブの制御値をそれぞれ決定し、決定した制御値に基づいて輝度変調ライトバルブおよび色変調ライトバルブを駆動する処理であって、ＣＰＵ１７０において実行されると、図４に示すように、まず、ステップＳ１００に移行するようになっている。
ステップＳ１００では、ＨＤＲ表示データを記憶装置１８２から読み出しステップＳ１０２に移行する。
ステップＳ１０２では、上記読み出したＨＤＲ表示データを解析し、画素値のヒストグラムや、輝度レベルの最大値、最小値および平均値等を算出してステップＳ１０４に移行する。ここで、解析結果は、暗めのシーンを明るくしたり、明るすぎるシーンを暗くしたり、中間部コントラストを協調するなどの自動画像補正に使用したり、トーンマッピングに使用したりする。
ステップＳ１０４では、ステップＳ１０２の解析結果に基づいて、ＨＤＲ表示データの輝度レベルを投射型表示装置１の輝度ダイナミックレンジにトーンマッピングしてステップＳ１０６に移行する。
ここで、図５は、トーンマッピング処理を説明するための図である。
ＨＤＲ表示データを解析した結果、ＨＤＲ表示データに含まれる輝度レベルの最小値がＳｍｉｎで、最大値がＳｍａｘであるとする。また、投射型表示装置１の輝度ダイナミックレンジの最小値がＤｍｉｎで、最大値がＤｍａｘであるとする。図５の例では、ＳｍｉｎがＤｍｉｎよりも小さく、ＳｍａｘがＤｍａｘよりも大きいので、このままでは、ＨＤＲ表示データを適切に表示することができない。そこで、Ｓｍｉｎ〜ＳｍａｘのヒストグラムがＤｍｉｎ〜Ｄｍａｘのレンジに収まるように正規化する。
なお、トーンマッピングの詳細については、例えば、公知文献２「F.Drago, K.Myszkowski, T.Annen, N.Chiba,”Adaptive Logarithmic Mapping For Displaying High Contrast Scenes”, Eurographics 2003,(2003)」に掲載されている。
ステップＳ１０６では、輝度変調ライトバルブの解像度に合わせてＨＤＲ画像をリサイズ（拡大または縮小）してステップＳ１０８に移行する。ここで、ＨＤＲ画像のアスペクト比を保持したままＨＤＲ画像をリサイズする。また、リサイズ方法としては、例えば、平均値法、中間値法、ニアレストネイバー法（最近傍法）が挙げられる。
ステップＳ１０８では、リサイズ画像の画素の輝度レベルＲｐおよび光源１０の輝度Ｒｓに基づいて、上式（１）により、リサイズ画像の各画素ごとに光変調率Ｔｐを算出してステップＳ１１０に移行する。
ステップＳ１１０では、色変調ライトバルブの各画素に対応する輝度変調ライトバルブの複数の画素毎にこれら複数画素の透過率Ｔ２の組み合わせを決定してステップＳ１１２に移行する。本実施の形態においては、色変調ライトバルブの１画素に対して輝度変調ライトバルブの３画素が対応しているので、これら３画素に対応する表示画像データの画素データ（ここでは、画素データａ〜ｃとする）に基づき設定する。例えば、色変調ライトバルブのＰ11に対応する輝度変調ライトバルブのＰ34については、Ａ34を表示画像データの対応する画素の輝度情報に応じた透過率Ｔ２Ａとし、残りのＢ34及びＣ34を輝度変調ライトバルブにおける最低の透過率（電圧非印加）とした組み合わせと、Ｂ34を表示画像データの対応する画素の輝度情報に応じた透過率Ｔ２Ｂとし、残りのＡ34及びＣ34を輝度変調ライトバルブにおける最低の透過率とした組み合わせと、Ｃ34を表示画像データの対応する画素の輝度情報に応じた透過率Ｔ２Ｃとし、残りのＡ34及びＢ34を輝度変調ライトバルブにおける最低の透過率とした組み合わせとの表示画像データの３画素にそれぞれ対応する３つの組み合わせを決定する。以下、上記した輝度変調ライトバルブの透過率の組み合わせを、透過率Ｔ２Ａを含むものをＴ２ＡＳ、透過率Ｔ２Ｂを含むものをＴ２ＢＳ、透過率Ｔ２Ｃを含むものをＴ２ＣＳと称す。
ステップＳ１１２では、算出した光変調率Ｔｐ、上記決定した透過率Ｔ２Ａ〜Ｔ２ＣおよびゲインＧに基づいて、上式（２）により、輝度変調ライトバルブの３画素単位で、これら３画素に対応する色変調ライトバルブの１画素の透過率Ｔ１を算出してステップＳ１１４に移行する。ここでは、上記Ｔ２Ａ〜Ｔ２Ｃを用いて輝度変調ライトバルブの３画素に対応した透過率Ｔ１Ａ〜Ｔ１Ｃを算出する。ここで、本実施の形態では、投射型表示装置１００は、色変調ライトバルブとして、３原色（ＲＧＢ）の各色にそれぞれ対応した液晶ライトバルブ４０Ｒ〜４０Ｂを有しているので、透過率Ｔ１は各液晶ライトバルブ毎に決定される。従って、実際には、Ｔ２Ａに対してＴ１Ａ（Ｒ），Ｔ１Ａ（Ｇ），Ｔ１Ａ（Ｂ）（以下、Ｔ１Ａ（Ｒ）〜Ｔ１Ａ（Ｂ）と略記する）が、Ｔ２Ｂに対してＴ１Ｂ（Ｒ），Ｔ１Ｂ（Ｇ），Ｔ１Ｂ（Ｂ）（以下、Ｔ１Ａ（Ｒ）〜Ｔ１Ａ（Ｂ）と略記する）が、Ｔ２Ｃに対してＴ１Ｃ（Ｒ），Ｔ１Ｃ（Ｇ），Ｔ１Ｃ（Ｂ）（以下、Ｔ１Ｃ（Ｒ）〜Ｔ１Ｃ（Ｂ）と略記する）がそれぞれ決定される。
ステップＳ１１４では、ステップＳ１１０，Ｓ１１２で決定したＴ１Ａ〜Ｔ１Ｃ及びＴ２ＡＳ〜Ｔ２ＣＳに対応した制御値を記憶装置１８２から読み出しライトバルブ駆動装置１８０に入力してステップＳ１１６に移行する。
ステップＳ１１６では、ライトバルブ駆動装置１８０によって、色変調ライトバルブの各画素の透過率を上記算出したＴ１Ａ〜Ｔ１Ｃの各々に所定時間間隔（例えば、１／１２０秒間隔）で順番に切り替え、一方、色変調ライトバルブの各画素に対応する輝度変調ライトバルブの３画素の透過率を、色変調ライトバルブの各画素の透過率Ｔ１Ａ〜Ｔ１Ｃの切り替えタイミングに合わせて、Ｔ２ＡＳ〜Ｔ２ＣＳの各々に順番に切り替えることにより、投影部１６を介してＨＤＲ画像をスクリーン上に投影し、一連の処理を終了して元の処理に復帰させる。ここで、色変調ライトバルブの各画素の透過率の切り替え順番と、これに対応する輝度変調ライトバルブの３画素の透過率の切り替え順番とは、ＨＤＲ表示データの対応する画素に基づいて決定される。
ここで、図６は、透過率の切り換え処理のタイミングチャートであり、図７は、輝度変調ライトバルブにおける画像の表示結果を示す図である。
図６に示すように、ライトバルブ駆動装置１８０によって、液晶ライトバルブ４０Ｒ〜４０Ｂの各画素に対して、それぞれＨＤＲ表示データの画素ａに対応した透過率Ｔ１Ａ（Ｒ）〜Ｔ１Ａ（Ｂ）となるように、駆動電圧Ｖ１Ａ（Ｒ）〜Ｖ１Ａ（Ｂ）をそれぞれ印加し、一方、輝度変調ライトバルブの対応する３画素（ここでは、画素Ａ〜Ｃ）に対して、ＨＤＲ表示データの画素データａに対応する画素Ａについては、透過率Ｔ２Ａとなるように駆動電圧Ｖ２Ａを印加し、残りの画素Ｂ及び画素Ｃについては駆動電圧を印加しない。これにより、色変調ライトバルブの画素データａ〜ｃに対応する画素（液晶ライトバルブ４０Ｒ〜４０Ｂ）には、透過率Ｔ１Ａ（Ｒ）〜Ｔ１Ａ（Ｂ）が設定され、輝度変調ライトバルブの画素Ａには透過率Ｔ２Ａが設定される。ここで、図６中のＴｄは、液晶の応答にかかる時間を示しており、液晶は電圧を印加してから所望の透過率に変化するまで時間Ｔｄを要する。
そして、駆動電圧Ｖ１Ａ（Ｒ）〜Ｖ１Ａ（Ｂ）及び駆動電圧Ｖ２Ａを印加後、１／１２０秒が経過すると、液晶ライトバルブ４０Ｒ〜４０Ｂの各画素に対して、それぞれＨＤＲ表示データの画素ｂに対応した透過率Ｔ１Ｂ（Ｒ）〜Ｔ１Ｂ（Ｂ）となるように、駆動電圧Ｖ１Ｂ（Ｒ）〜Ｖ１Ｂ（Ｂ）をそれぞれ印加し、一方、ＨＤＲ表示データの画素データｂに対応する画素Ｂについては、透過率Ｔ２Ｂとなるように駆動電圧Ｖ２Ｂを印加し、残りの画素Ａ及び画素Ｃについては駆動電圧を印加しない。これにより、色変調ライトバルブの画素データａ〜ｃに対応する画素（液晶ライトバルブ４０Ｒ〜４０Ｂ）には、透過率Ｔ１Ｂ（Ｒ）〜Ｔ１Ｂ（Ｂ）が設定され、輝度変調ライトバルブの画素Ｂには透過率Ｔ２Ｂが設定される。
更に、駆動電圧Ｖ１Ｂ（Ｒ）〜Ｖ１Ｂ（Ｂ）及び駆動電圧Ｖ２Ｂを印加後、１／１２０秒が経過すると、液晶ライトバルブ４０Ｒ〜４０Ｂの各画素に対して、それぞれＨＤＲ表示データの画素ｃに対応した透過率Ｔ１Ｃ（Ｒ）〜Ｔ１Ｃ（Ｂ）となるように、駆動電圧Ｖ１Ｃ（Ｒ）〜Ｖ１Ｃ（Ｂ）をそれぞれ印加し、一方、ＨＤＲ表示データの画素データｃに対応する画素Ｃについては、透過率Ｔ２Ｃとなるように駆動電圧Ｖ２Ｃを印加し、残りの画素Ａ及び画素Ｂについては駆動電圧を印加しない。これにより、色変調ライトバルブの画素データａ〜ｃに対応する画素（液晶ライトバルブ４０Ｒ〜４０Ｂ）には、透過率Ｔ１Ｃ（Ｒ）〜Ｔ１Ｃ（Ｂ）が設定され、輝度変調ライトバルブの画素Ｃには透過率Ｔ２Ｃが設定される。
上記したように、輝度変調ライトバルブにおける３画素（画素Ａ〜Ｃ）のうち１画素だけを透過状態にし残り２画素を不透過（最低透過率）の状態にする処理を、１／１２０秒という短い時間間隔で画素ＡＢＣの順に行うことにより、人間の目には輝度変調ライトバルブの画素Ａ、Ｂ、Ｃを透過する光が積分され、その結果、透過した光（画像Ａ、Ｂ、Ｃ）がスクリーン上に同時に表示されているように見える。
つまり、図７に示すように、始めの１／１２０秒において色変調ライトバルブの画素を透過率Ｔ１Ａ（Ｒ）〜Ｔ１Ａ（Ｂ）で透過した光が輝度変調ライトバルブの画素Ａを透過率Ｔ２Ａで透過することでスクリーン上には図７中７０ａに示す表示内容が表示され、次の１／１２０秒において色変調ライトバルブの画素を透過率Ｔ１Ｂ（Ｒ）〜Ｔ１Ｂ（Ｂ）で透過した光が輝度変調ライトバルブの画素Ｂを透過率Ｔ２Ｂで透過することでスクリーン上には図７中７０ｂに示す表示内容が表示され、最後の１／１２０秒において色変調ライトバルブの画素を透過率Ｔ１Ｃ（Ｒ）〜Ｔ１Ｃ（Ｂ）で透過した光が輝度変調ライトバルブの画素Ｃを透過率Ｔ２Ｃで透過することでスクリーン上には図７中７０ｃに示す表示内容が表示される。図７中の７０ａ〜７０ｃに示す各表示内容は、１／１２０秒という短い時間間隔で順番に且つ高速に切り替わるため、これらの表示内容を見ると、人間には上記した理由により図７中７０ｄに示す表示内容（Ａ、Ｂ、Ｃが全て表示）として知覚される。従って、上記処理を輝度変調ライトバルブの全画素に対して行うことにより、１フレームあたり１／４０秒のＨＤＲ画像のフルカラー表示が実現される。
なお、上記実施の形態おいては、輝度変調ライトバルブの横の解像度が色変調ライトバルブの３倍である場合を例として説明したが、この倍率は３倍に限らず、２倍でも良いし、制御可能な範囲内であれば４倍以上の倍率であっても良い。
また、上記実施の形態においては、輝度変調ライトバルブの横の解像度が色変調ライトバルブの３倍である場合を例として説明したが、これに限らず、輝度変調ライトバルブの縦の解像度が色変調ライトバルブの縦の解像度より高い場合、あるいは、縦と横の解像度がいずれも高い場合でも上記同様の処理によって、輝度変調ライトバルブの解像度でＨＤＲ画像のフルカラー表示を実現することが可能である。
以上のような構成の投射型表示装置１００に依れば次のような効果を奏する。色変調ライトバルブにおける各画素の透過率を、ＨＤＲ表示データの対応する３つの画素データａ〜ｃに応じた透過率に１／１２０秒という短い時間間隔でａ〜ｃの順に切り換え、一方、色変調ライトバルブの透過率の切り換えタイミングに合わせて（同期して）、これに対応する輝度変調ライトバルブにおける３画素（画素Ａ〜Ｃ）のうち１画素だけを透過状態にし残り２画素を不透過（最低透過率）の状態にする処理を、１／１２０秒という短い時間間隔で画素ＡＢＣの順に行うことにより、輝度変調ライトバルブの解像度によってＨＤＲ画像のフルカラー表示が可能である。
また、直列に配置された２種類の光変調素子（色変調ライトバルブと輝度変調ライトバルブ）を介して光源１０からの光を変調するので、比較的高い輝度ダイナミックレンジおよび階調数を実現することができる。
なお、動画のように表示画像が変化する場合には、人間の視覚の解像度は相対的に落ちるため、上記一連の表示処理を、静止画像にのみ行うようにしても良い。但し、ここで、静止画とは、画像データ自体が静止画である場合に限らず、動画データ中において、ある領域のデータが変化しない場合も静止画として含む。
［変形例１］
上記実施の形態においては、色変調ライトバルブの各画素に対応する輝度変調ライトバルブの複数画素（例えば、３画素）に対する表示内容が全て同じ内容のものであっても、上記同様に色変調ライトバルブの各画素及びこれに対応する輝度変調ライトバルブの複数画素を短い時間間隔で順次切り換える処理を行う。しかし、表示処理のアルゴリズムは上記実施の形態の方法に限定されるものではなく、本変形例１においては、投射型表示装置１００に、輝度変調ライトバルブの複数画素に対して表示内容が全て同じであった場合に、透過率の切り換え処理を省略する機能を追加した。また、上記実施の形態においては、短い時間間隔で透過率を時分割で切り換えているため、例えば、３画素に対する透過率を時間間隔１／１２０秒で時分割に切り換える場合には、これらの画素について表示輝度が１／３に低下してしまう。本変形例１においては、投射型表示装置１００に、更に透過率の切り換え処理によって低下する表示輝度を補う機能を追加した。
以下、図８に基づき、輝度変調ライトバルブの複数画素に対して表示内容が全て同じであった場合に、透過率の切り換え処理を省略する処理と、透過率の切り換え処理によって低下する表示輝度を補う処理とについて説明する。
ここで、図８（ａ）は、輝度変調ライトバルブの各画素と表示画像データの画素値との対応関係を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）の表示内容に対応した色変調ライトバルブ側の透過率の切換内容を示す図であり、（ｃ）は、（ａ）の表示内容に対応した輝度変調ライトバルブ側の透過率の切換内容を示す図であり、（ｄ）は、（ｂ）と（ｃ）の切換処理の組み合わせによる表示結果を示す図であり、（ｅ）は、色変調ライトバルブ側において輝度を補う処理を行う一例を示す図であり、（ｆ）は、輝度変調ライトバルブ側において輝度を補う処理を行う一例を示す図である。但し、図８（ａ）〜（ｆ）は、色変調ライトバルブの１画素に対して、輝度変調ライトバルブの３画素を対応させた場合のものである。
図８（ａ）に示すように、色変調ライトバルブの４画素（１画素×４）に対応する輝度変調ライトバルブの１２画素（３画素×４）に対して、その表示内容が真中上の３画素に対してはそれぞれ異なる内容（ＡＢＣ）であり、それ以外の左上（ＡＡＡ）、右上（ＣＣＣ）及び真中下（ＢＢＢ）の９画素に対しては各３画素のブロック毎に同じ内容である場合に、真中上の３画素に対しては、上記実施の形態と同様に時系列の表示処理を行う。
一方、残りの９画素については、例えば、左上の３画素については、これに対応する色変調ライトバルブの画素の透過率を画素データに応じた透過率（３画素に共通の透過率）に切り換えた後に１／４０秒が経過するまで同じ透過率を維持し、一方、色変調ライトバルブの切り換えタイミングに合わせて、輝度変調ライトバルブの左上の３画素に対する透過率も３画素とも画素データに応じた透過率（３画素に共通の透過率）に設定して、これも１／４０秒維持する。この処理は、右上の３画素及び真中下の３画素についても同様に行う。これにより、真中上の３画素に対して行う色変調ライトバルブ及び輝度変調ライトバルブによる表示処理よりも、残りの９画素に対して行う表示処理の負荷を軽減することが可能である。
ここで、上記一連の切換処理を、図８（ｂ）及び（ｃ）に示すように、色変調ライトバルブにおいて表示画像の輝度情報に対応した透過率Ｔ１Ａ〜Ｔ１Ｃを用い、且つ輝度変調ライトバルブにおいて表示画像の輝度情報に対応した透過率Ｔ２Ａ〜Ｔ２Ｃを用いて行った場合は、図８（ｄ）に示すような表示結果が得られる。つまり、図８（ｄ）に示すように、真中上の３画素においは、表示結果の画像の輝度が周りの９画素に比べて１／３になっている。これは、真中上の３画素に対する時系列表示処理（１／１２０秒による切り換え表示）に比べ、周りの９画素においては切り換え処理を省略している分（１／４０秒間表示を維持している分）だけ光の透過時間が長くなるためである。これにより、周りの９画素においては、真中上の３画素に比して３倍量の光が透過することになるので表示画像の輝度が約３倍となる。
本変形例１においては、図８（ｅ）に示すように、図８（ａ）の真中上の３画素に対応する色変調ライトバルブの１画素に対して、これに対応するＨＤＲ表示データの３つの画素値の輝度情報に基づきこれら３画素の各表示輝度値を３倍にする透過率を時分割で設定するように透過率Ｔ１Ａ〜Ｔ１Ｃの値を決定することが可能である。従って、表示輝度が３倍となる透過率Ｔ１Ａ〜Ｔ１Ｃを用いて上記実施の形態と同様の切換処理を行うことで、色変調ライトバルブの対応する画素を透過する光の量を約３倍に増やすことが可能である。これにより、真中上の３画素については、図８（ｄ）の表示結果に比べて約３倍の輝度でスクリーン上に画像が表示される。つまり、真中上の３画素による表示画像の輝度は、切換処理を省略した周りの９画素による表示画像の輝度と略同じものとなる。
また、上記図８（ｅ）に示す輝度の補正方法に限らず、図８（ｆ）に示すように、輝度変調ライトバルブ側の透過率を３倍の輝度となるように設定することによって、真中上の３画素について表示画像の輝度を３倍に上げることも可能である。なお、図８（ｅ）及び図８（ｆ）に示す表示輝度の補正処理を組み合わせて表示輝度を上げるようにしても良い。
以上、本変形例１の投射型表示装置１００に依れば、上記切換処理の省略と輝度の補正処理を組み合わせることによって、表示画像の輝度をバランス良く上げることが可能である。
［変形例２］
また、上記実施の形態において、投射型表示装置１００は、色変調部１４および輝度変調部１５を内蔵して構成したが、これに限らず、図９に示すように、投射部１６を取り除き、ＲＧＢ３原色ごとに光の輝度を変調する３板式投射型表示装置３１０と、３板式投射型表示装置３１０からの投影光を受ける投光性のフレネルレンズ３１２と、フレネルレンズ３１２の出射側に設けかつ光の全波長領域の輝度を変調する直視型の輝度変調パネル３１４とからなる直視型表示システム３００として構成することもできる。
図９は、直視型表示システム３００の主たる光学構成を示すブロック図である。
ここで、３板式投射型表示装置３１０は、３板高温ポリシリコンＴＦＴ液晶色パネル投射系であり、その解像度は横１８画素×縦１２画素である。一方、輝度変調パネル３１４は、カラーフィルター無し単板輝度アモルファスシリコンＴＦＴ液晶表示パネルであり、その解像度は横５４×縦１２画素である。つまり、輝度変調パネル３１４の行方向の解像度が３板式投射型表示装置３１０の行方向の解像度の２倍となっている。従って、本変形例２の直視型表示システム３００においても、上記実施の形態と同様にＨＤＲ画像の時系列表示処理を行うことが可能である。
また、直視型表示システム３００のような構成においては、上記した時系列表示処理を行うときに、輝度変調パネル３１４を３倍速で駆動する必要がある。従って、液晶材料・液晶モード（高速ＴＮ、ＯＣＢ）、実装方法（狭液晶層等）等を考慮して、３倍速駆動に耐える仕様の液晶表示パネルの選定が必要となる。
近年の液晶表示パネルの分野における技術の発達により、輝度変調パネル３１４としては、一般的なアモルファスシリコンＴＦＴ液晶表示パネルの画素構造をそのまま使用することが可能である。つまり、一般的なアモルファスシリコンＴＦＴ液晶表示パネルからカラーフィルタを取り外すか、あるいは、カラーフィルタをモノクロのフィルターに置き換えるだけで利用が可能である。従って、従来の生産ラインをそのまま利用することも可能であり、コスト的に非情に有利となる。つまり、低コストで高画質を実現することが可能である。
また、図９の構成に限らず、図１０に示すように、光の全波長領域の輝度を変調する単板式投射型表示装置３２０と、単板式投射型表示装置３２０からの投影光を受ける投光性のフレネルレンズ３１２と、フレネルレンズ３１２の出射側に設けかつＲＧＢ３原色ごとに光の輝度を変調する色変調パネル３２４とからなる直視型表示システム３００として構成することもできる。この場合も、上記同様の時系列表示処理を行うことが可能である。
また、上記実施の形態において、投射型表示装置１００は、色変調部１４および輝度変調部１５を内蔵して構成したが、これに限らず、図１１に示すように、投射部１６を取り除き、バックライト４１０と、バックライト４１０の出射側に設けかつ光の全波長領域の輝度を変調する輝度変調パネル４１２と、輝度変調パネル４１２の出射側に設けかつＲＧＢ３原色ごとに光の輝度を変調する色変調パネル４１４とからなるディスプレイ４００として構成することもできる。この場合も、上記同様の時系列表示処理を行うことが可能である。
［変形例３］
上記実施の形態において、投射型表示装置１００は、色変調ライトバルブの後段に輝度変調ライトバルブを配置した構成となっているが、これに限らず、図１２に示すように、輝度変調ライトバルブを色変調ライトバルブの前段に配置する構成としても良い。
ここで、図１２は、投射型表示装置１００における輝度変調ライトバルブを色変調ライトバルブの前段に設けた場合の主たる光学構成を示す図である。
本変形例３における投射型表示装置１００は、図１２に示すように、光源１０と、光源１０から入射した光の全波長領域の輝度を変調する輝度変調部１２と、輝度変調部１２から入射した光の波長領域のうちＲＧＢ３原色の輝度をそれぞれ変調する色変調部１４と、色変調部１４から入射した光をスクリーン（不図示）に投射する投射部１６とで構成されている。
輝度変調部１２は、透過率を独立に制御可能な複数の画素をマトリクス状に配列した液晶ライトバルブ３０と、２枚のフライアイレンズ３２ａ，３２ｂとで構成されている。そして、光源１０からの光の全波長領域の輝度を液晶ライトバルブ３０により変調し、変調した光をフライアイレンズ３２ａ，３２ｂを介して色変調部１４に出射する。
本変形例３において、色変調ライトバルブ（液晶ライトバルブ４０Ｒ〜４０Ｂ）の画素面は横９６０画素×縦５４０画素から構成されており、輝度変調ライトバルブ（液晶ライトバルブ３０）の画素面は横１９２０画素×縦１０８０画素から構成されている。つまり、輝度変調ライトバルブの横及び縦の解像度が色変調ライトバルブの横及び縦の解像度の丁度２倍となっている。図１２に示す構成の投射型表示装置１００において、上記実施の形態と同様の処理を行うことができるが、本変形例３においては、色変調ライトバルブの各画素と輝度変調ライトバルブの隣り合う４画素（横２画素×縦２画素）とが光学的に対応させ、色変調ライトバルブの各画素に対応する輝度変調ライトバルブの４画素に対して上記実施の形態における時系列の表示処理と公知のインターレース走査とを組み合わせた表示処理を行う。以下、図１３に基づき、本変形例３におけるＨＤＲ画像の表示処理について説明する。図１３は、変形例３におけるＨＤＲ画像の表示処理の流れを示す図である。
図１３に示すように、色変調ライトバルブの１画素（ここでは、説明の便宜上、代表して画素Ｘに対して説明する）に対して、輝度変調ライトバルブの画素Ａ〜Ｄが対応している。従って、本変形例３においては、ＨＤＲ表示データの対応する４つの画素データａ〜ｄについて、色変調ライトバルブの画素Ｘに対する透過率Ｔ１Ａ（Ｒ）〜Ｔ１Ａ（Ｂ）、Ｔ１Ｂ（Ｒ）〜Ｔ１Ｂ（Ｂ）、Ｔ１Ｃ（Ｒ）〜Ｔ１Ｃ（Ｂ）及びＴ１Ｄ（Ｒ）〜Ｔ１Ｄ（Ｂ）を決定する必要がある。透過率の決定は、上記実施の形態と同様に上式（１）及び（２）に基づいて決定する。輝度変調ライトバルブの画素Ａ〜Ｄに対しては、画素ａ〜ｄに対する各透過率毎に、画素Ａ〜Ｄに設定する透過率の組み合わせを決定する。この場合は、４つの画素のうち１つが透過状態にあるときに、他の３つの画素を不透過（電圧非印加）の状態に設定する。従って、画素Ａを画素ａに応じた透過率Ｔ２Ａに設定し、画素Ｂ〜Ｄを不透過の状態に設定する組み合わせ（Ｔ２ＡＳと称す）と、画素Ｂを画素ｂに応じた透過率Ｔ２Ｂに設定し、画素Ａ，Ｃ，Ｄを不透過の状態に設定する組み合わせ（Ｔ２ＢＳと称す）と、画素Ｃを画素ｃに応じた透過率Ｔ２Ｃに設定し、画素Ａ，Ｂ，Ｄを不透過の状態に設定する組み合わせ（Ｔ２ＣＳと称す）と、画素Ｄを画素ｄに応じた透過率Ｔ２Ｄに設定し、画素Ａ〜Ｃを不透過の状態に設定する組み合わせ（Ｔ２ＤＳと称す）との４つ組み合わせとなる。
色変調ライトバルブの各画素の透過率と対応する輝度変調ライトバルブの４画素毎の透過率の組み合わせとが決定すると、これら透過率に対応した制御値を記憶装置１８２から読み出し、ライトバルブ制御装置１８０に入力する。以下、画素Ｘ及び画素Ａ〜Ｄに対して行われる透過率の設定処理について説明する。
ライトバルブ制御装置１８０は、入力された制御値に応じて、図１３に示すように、色変調ライトバルブの各画素Ｘの透過率をＴ１Ａ（Ｒ）〜Ｔ１Ａ（Ｂ）となるように、駆動電圧Ｖ１Ａ（Ｒ）〜Ｖ１Ａ（Ｂ）を印加する。一方、Ｖ１Ａ（Ｒ）〜Ｖ１Ａ（Ｂ）の印加タイミングに合わせて、輝度変調ライトバルブの対応する画素Ａ〜Ｄに対して、上記Ｔ２ＡＳに応じた印加電圧を印加する。これにより、色変調ライトバルブの各画素Ｘの透過率はＴ１Ａ（Ｒ）〜Ｔ１Ａ（Ｂ）に設定され、輝度変調ライトバルブの画素Ａの透過率はＴ２Ａに、画素Ｃ〜Ｄは不透過（最低透過率）に設定される。更に、この設定から１／１２０秒後に、上記同様に、上記Ｔ２ＢＳに基づき色変調ライトバルブの各画素Ｘの透過率をＴ１Ｂ（Ｒ）〜Ｔ１Ｂ（Ｂ）に設定し、輝度変調ライトバルブの画素Ｂの透過率をＴ２Ｂに、画素Ａ，Ｃ，Ｄを不透過（最低透過率）に設定し、この設定から１／１２０秒後に、上記Ｔ２ＣＳに基づき色変調ライトバルブの各画素Ｘの透過率をＴ１Ｃ（Ｒ）〜Ｔ１Ｃ（Ｂ）に設定し、輝度変調ライトバルブの画素Ｃの透過率をＴ２Ｃに、画素Ａ，Ｂ，Ｄを不透過（最低透過率）に設定し、この設定から１／１２０秒後に、上記Ｔ２ＤＳに基づき色変調ライトバルブの各画素Ｘの透過率をＴ１Ｄ（Ｒ）〜Ｔ１Ｄ（Ｂ）に設定し、輝度変調ライトバルブの画素Ｄの透過率をＴ２Ｄに、画素Ａ〜Ｃを不透過（最低透過率）に設定する。
上記した切り換え処理を、輝度変調ライトバルブの全画素に行うことにより、始めの１／６０秒においては、第１インターレース期間として、輝度変調ライトバルブの偶数行又は奇数行のいずれか一方の画素から画素データに対応した透過率が設定され、他方の行の画素については全て不透過（最低透過率）の状態に設定される。第１インターレース期間においては、１／１２０秒単位で上記４つの画素のうち２つに対する画素データに対応した透過率の設定が行われる。そして、第１インターレース期間経過後は、第２インタレース期間（１／６０秒）に移行し、他方の行の画素に対して１／１２０秒単位で上記４つの画素のうち２つに対する画素データに対応した透過率の設定が行われる。第２インタレース期間においては、一方の行の画素は全て不透過（最低透過率）の状態に設定される。
つまり、色変調ライトバルブにおける各画素Ｘに対して、第１インターレース期間において、最初の１／１２０秒でＴ１Ａ（Ｒ）〜Ｔ１Ａ（Ｂ）を設定し、後の１／１２０秒でＴ１Ｂ（Ｒ）〜Ｔ１Ｂ（Ｂ）を設定し、輝度変調ライトバルブの画素Ａ，Ｂに対して、最初の１／１２０秒で画素Ａに透過率Ｔ２Ａを設定（画素Ｃ〜Ｄは不透過）し、後の１／１２０秒で画素Ｂに透過率Ｔ２Ｂを設定（画素Ａ，Ｃ，Ｄは不透過）する。こうすることで、第１インターレース期間においては、上記した人間の視覚特性により、上側の画素Ａ，Ｂを透過した光による画像が表示される。
一方、第２インターレース期間において、最初の１／１２０秒でＴ１Ｃ（Ｒ）〜Ｔ１Ｃ（Ｂ）を設定し、後の１／１２０秒でＴ１Ｄ（Ｒ）〜Ｔ１Ｄ（Ｂ）を設定し、輝度変調ライトバルブの画素Ｃ，Ｄに対して、最初の１／１２０秒で画素Ｃに透過率Ｔ２Ｃを設定（画素Ａ，Ｂ，Ｄは不透過）し、後の１／１２０秒で画素Ｄに透過率Ｔ２Ｄを設定（画素Ａ〜Ｃは不透過）する。こうすることで、第２インターレース期間においては、上記した人間の視覚特性により、下側の画素Ｃ，Ｄを透過した光による画像が表示される。
第１インターレース期間及び第２インターレース期間による各ラインの画像表示は、１／６０秒という短い時間間隔で行われるため、最終的に人間の目には、図１３に示すように画素Ａ〜Ｄを透過した光による画像が知覚される。
また、本変形例３において、投射型表示装置１００は、輝度変調部１２および色変調部１４を光学的に直接接続して構成したが、これに限らず、図１４に示すように、輝度変調部１２および色変調部１４の間にリレーレンズ５０を設けて構成することもできる。
また、本変形例３において、投射型表示装置１００は、色変調部１４を３板式（３つの液晶ライトバルブ４０Ｒ〜４０Ｂにより色変調を行う方式）として構成したが、これに限らず、図１５に示すように、色変調部１４を単板式（１つの液晶ライトバルブ４０により色変調を行う方式）として構成することもできる。単板式の色変調ライトバルブは、例えば、液晶ライトバルブにカラーフィルターを設けることにより構成することができる。この場合、結像精度を向上させるため、輝度変調部１２および色変調部１４の間にリレーレンズ５０を設けるのが好ましい。
上記図１４及び図１５に示す構成の投射型表示装置１００においては、色変調ライトバルブと輝度変調ライトバルブの解像度の関係が、輝度変調ライトバルブの方が行及び列について偶数倍であれば、上記実施の形態における時系列表示処理及び本変形例３の時系列表示処理のいずれも適用することが可能である。一方、色変調ライトバルブと輝度変調ライトバルブの解像度の関係が、輝度変調ライトバルブの方が行又は列のいずれかが整数倍であれば、上記実施の形態における時系列表示処理を適用することが可能である。
また、上記図９及び図１０の直視型表示システム３００、図１１のディスプレイ４００においても、色変調ライトバルブと輝度変調ライトバルブの解像度の関係が行及び列について偶数倍であれば、上記実施の形態における時系列表示処理及び本変形例３の時系列表示処理のいずれも適用することが可能である。一方、色変調ライトバルブと輝度変調ライトバルブの解像度の関係が、輝度変調ライトバルブの方が行又は列のいずれかが整数倍であれば、上記実施の形態における時系列表示処理を適用することが可能である。
以上、変形例３に対応した投射型表示装置１００に依れば次のような効果を奏する。まず、インターレース表示をしない場合を考えると、色変調ライトバルブの１画素に対して、輝度変調ライトバルブの４画素が対応するため、上記実施の形態における時系列表示処理を行うと、色変調ライトバルブ及び輝度変調ライトバルブは共に４倍速駆動をしなければならない。液晶の応答速度を考えると４倍速駆動による表示処理を実現することは難しい。一方、変形例３のように、インターレース表示を行うことで、色変調ライトバルブ及び輝度変調ライトバルブは共に２倍速駆動をすれば良く、液晶表示パネルを用いても容易に実現ができる。また、ホールド型の表示素子である液晶表示パネルは動画表示性能に劣ると言われているが、インターレース表示をすることによりホールド性が緩和され動画表示性能を向上することが可能となる。また、１０８０ｉ等のインターレース映像信号との相性も良い。また、輝度変調ライトバルブの解像度の半分の色変調ライトバルブにより、輝度変調ライトバルブの解像度によるＨＤＲ画像の表示が可能であるので、コストを低減することも可能である。
上記実施の形態において、輝度変調ライトバルブ（液晶ライトバルブ３０）は、発明１〜１１、１４〜１６、１８〜２３、２６〜２８及び３０〜３６のいずれか１の第２光変調素子に対応する。
また、上記実施の形態において、色変調ライトバルブ（液晶ライトバルブ４０Ｒ〜４０Ｂ）は、発明１〜１０、１４〜１６、１８〜２３、２６〜２８及び３０〜３５のいずれか１の第１光変調素子に対応する。
また、上記実施の形態において、表示制御装置２００による色変調ライトバルブ（液晶ライトバルブ４０Ｒ〜４０Ｂ）の画素の透過率の時分割切り換え処理は、発明２〜５及び１５〜１８のいずれか１の第１光伝搬特性制御手段に対応する。
また、上記実施の形態において、表示制御装置２００による輝度変調ライトバルブ（液晶ライトバルブ４０Ｒ〜４０Ｂ）の画素の透過率の時分割切り換え処理は、発明２〜６、９、１０、１５〜１７、１９、２２及び２３のいずれか１の第２光伝搬特性制御手段に対応する。
また、上記実施の形態において、ステップＳ１１６は、発明２〜５及び１５〜１８のいずれか１の第１光伝搬特性制御手段、または発明２７〜３０のいずれか１の第１光伝搬特性切換ステップに対応する。
また、上記実施の形態において、ステップＳ１１６は、発明２〜６、９、１０、１５〜１７、１９、２２及び２３のいずれか１の第２光伝搬特性制御手段、または発明２７〜２９、３１、３４及び３５のいずれか１の第２光伝搬特性切換ステップに対応する。
また、上記実施の形態においては、液晶ライトバルブ３０，４０Ｂ，４０Ｇ，４０Ｒとしてアクティブマトリックス型の液晶表示素子を用いて構成したが、これに限らず、液晶ライトバルブ３０，４０Ｂ，４０Ｇ，４０Ｒとしてパッシブマトリックス型の液晶表示素子およびセグメント型の液晶表示素子を用いて構成することもできる。アクティブマトリックス型の液晶表示は、精密な階調表示ができるという利点があり、パッシブマトリックス型の液晶表示素子およびセグメント型の液晶表示素子は、安価に製造できるという利点を有する。
また、上記実施の形態において、投射型表示装置１００は、透過型の光変調素子を設けて構成したが、これに限らず、輝度変調ライトバルブまたは色変調ライトバルブをＤＭＤ（Digital Micromirror Device）等の反射型の光変調素子で構成することもできる。
また、上記実施の形態において、投射型表示装置１００は、色変調ライトバルブの各画素を、１つの輝度変調ライトバルブの複数画素に光学的に対応させるようにしたが、これに限らず、色変調ライトバルブの各画素に複数の輝度変調ライトバルブの１画素又は複数画素を光学的に対応させて、上記時系列の表示処理を行うようにしても良い。
また、上記実施の形態において、輝度変調ライトバルブとして透過型の液晶素子を用いているが、これに限らず、輝度自体を変調可能な光源型の変調素子（例えば、ＬＥＤ、ＯＬＥＤ、レーザ等）を用いても良い。
また、上記実施の形態において、図７のフローチャートに示す処理を実行するにあたっては、ＲＯＭ１７２にあらかじめ格納されている制御プログラムを実行する場合について説明したが、これに限らず、これらの手順を示したプログラムが記憶された記憶媒体から、そのプログラムをＲＡＭ１７４に読み込んで実行するようにしてもよい。
ここで、記憶媒体とは、ＲＡＭ、ＲＯＭ等の半導体記憶媒体、ＦＤ、ＨＤ等の磁気記憶型記憶媒体、ＣＤ、ＣＤＶ、ＬＤ、ＤＶＤ等の光学的読取方式記憶媒体、ＭＯ等の磁気記憶型／光学的読取方式記憶媒体であって、電子的、磁気的、光学的等の読み取り方法のいかんにかかわらず、コンピュータで読み取り可能な記憶媒体であれば、あらゆる記憶媒体を含むものである。
本発明に係る投射型表示装置１００の主たる光学構成を示す図である。 表示制御装置２００の主たる光学構成を示すブロック図である。 （ａ）は、色変調ライトバルブの画素面の構成を示す図であり、（ｂ）は輝度変調ライトバルブの画素面の構成を示す図である。 表示制御処理を示すフローチャートである。 トーンマッピング処理を説明するための図である。 透過率の切り換え処理のタイミングチャートである。 輝度変調ライトバルブにおける画像の表示結果を示す図である。 （ａ）は、輝度変調ライトバルブの各画素と表示画像データの画素値との対応関係を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）の表示内容に対応した色変調ライトバルブ側の透過率の切換内容を示す図であり、（ｃ）は、（ａ）の表示内容に対応した輝度変調ライトバルブ側の透過率の切換内容を示す図であり、（ｄ）は、（ｂ）と（ｃ）の切換処理の組み合わせによる表示結果を示す図であり、（ｅ）は、色変調ライトバルブ側において輝度を補う処理を行う一例を示す図であり、（ｆ）は、輝度変調ライトバルブ側において輝度を補う処理を行う一例を示す図である。 直視型表示システム３００の主たる光学構成を示すブロック図である。 直視型表示システム３００の主たる光学構成を示すブロック図である。 ディスプレイ４００の主たる光学構成を示す図である。 投射型表示装置１００における輝度変調ライトバルブを色変調ライトバルブの前段に設けた場合の主たる光学構成を示す図である。 変形例３におけるＨＤＲ画像の表示処理の流れを示す図である。 輝度変調部１２および色変調部１４の間にリレーレンズ５０を設けて投射型表示装置１００を構成した場合の主たる光学構成を示すブロック図である。 単板式として投射型表示装置１００を構成した場合の主たる光学構成を示すブロック図である。
符号の説明
１００…投射型表示装置、１０…光源、１２，１５…輝度変調部、３０…液晶ライトバルブ、３２ａ，３２ｂ…フライアイレンズ、１４…色変調部、４０，４０Ｒ〜４０Ｂ…液晶ライトバルブ、４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂ1〜４２Ｂ3…フィールドレンズ、４４ａ，４４ｂ…ダイクロイックミラー、４６ａ〜４６ｃ…ミラー、４５…ダイクロイックプリズム、４８…出射側レンズ、１６…投射部、１７０…ＣＰＵ、１７２…ＲＯＭ、１７４…ＲＡＭ、１７８…Ｉ／Ｆ、１７９…バス、１８０…ライトバルブ駆動装置、１８２…記憶装置、１９９…ネットワーク、５０…リレーレンズ、３００…直視型表示システム、３１０…単板式投射型表示装置、３１２…フレネルレンズ、３１４…色変調パネル、３２０…３板式投射型表示装置、３２４…輝度変調パネル、４００…ディスプレイ、４１０…バックライト、４１２…輝度変調パネル、４１４…色変調パネル。

Claims (12)

  1. 光を射出する光源と、
    前記光源からの光を変調する第１光変調素子及び第２光変調素子と、
    前記第１光変調素子及び前記第２光変調素子で変調された光をスクリーンに向けて投射する投射部と、
    を備え、
    前記第１光変調素子は液晶表示素子であり、
    前記第２光変調素子は液晶表示素子であり、
    前記第１光変調素子は光伝搬特性を独立に制御可能な複数の画素を有し、前記第２光変調素子は光伝搬特性を独立に制御可能な複数の画素を有し、前記第１光変調素子の画素と前記第２光変調素子の画素とは１：ｎ（ｎは２以上の整数）で光学的に対応しており、
    表示画像データのうち前記第２光変調素子の１の画素に対応する画素値を、前記第１光変調素子制御用の画素値及び前記第２光変調素子制御用の画素値にそれぞれ区分し、前記第１光変調素子制御用の画素値をさらに複数の原始画素値に区分し、
    前記第２光変調素子制御用の画素値に基づき前記第２光変調素子のｎ個の画素のうちその一部を所定の光伝搬特性とし残部を光の伝搬効率が最低となる光伝搬特性にした制御パターンをｎ種設定し、
    前記第１光変調素子制御用の各原始画素値に基づいて前記第１光変調素子の画素の光伝搬特性を時分割に切換制御する第１光伝搬特性制御手段と、
    前記第１光変調素子の画素の光伝搬特性の切換タイミングに合わせて、前記第２光変調素子の画素の制御パターンを切換制御する第２光伝搬特性制御手段と、を備えることを特徴とする光学表示装置。
  2. 前記第１光変調素子と、前記第２光変調素子とは、光伝搬特性を制御することにより、階調表現が可能に構成されることを特徴とする請求項１に記載の光学表示装置。
  3. 前記原始画素値の数はｎと等しいことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光学表示装置。
  4. 前記第１光変調素子は、前記原始画素値の数に対応させて、複数備えられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の光学表示装置。
  5. 入射する光を、前記原始画素値の数に対応させて、複数の色光に分離し、分離された前記複数の色光をそれぞれ対応する前記第１光変調素子に向けて射出する、色分離部と、
    前記複数の第１光変調素子から射出された色光を合成する光合成部と、
    を備えたことを特徴とする請求項４記載の光学表示装置。
  6. 前記第１光伝搬特性制御手段及び第２光伝搬特性制御手段は、表示する画像が静止画像であるときに前記切換制御を行うようになっていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の光学表示装置。
  7. 前記第１光伝搬特性制御手段は、前記表示画像データに基づき前記第１光変調素子の各画素における前記原始画素値に応じた光伝搬特性を、当該各画素に対応する前記第２光変調素子の画素の光の伝搬効率よりも高い伝搬効率となる特性に切り換えるようになっていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の光学表示装置。
  8. 前記第２光伝搬特性制御手段は、前記表示画像データに基づき前記第２光変調素子における画素の前記第２光変調素子制御用の画素値に応じた光伝搬特性を、当該画素に対応する前記第１光変調素子の画素の光の伝搬効率よりも高い伝搬効率となる特性に切り換えることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の光学表示装置。
  9. 前記第１光変調素子及び前記第２光変調素子は共に前記画素がマトリクス状に配列された構成となっており、前記第２光変調素子の画素数が、前記第１光変調素子の画素数に対して行方向及び列方向共に整数倍であり、前記第１光変調素子の各画素毎に、当該画素と前記第２光変調素子のｎ個の画素とが規則的に且つ光学的に対応していることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の光学表示装置。
  10. 異なる複数の波長領域の光に対応した複数の前記第１光変調素子を備え、
    前記各第１光変調素子の各画素毎に、当該画素と前記第２光変調素子のｎ個の画素とが規則的に且つ光学的に対応していることを特徴とする請求項９記載の光学表示装置。
  11. 前記第２光変調素子の列方向の画素数が、前記第１光変調素子の行方向の画素数の２倍であり、
    前記第２光伝搬特性切換手段は、前記第２光変調素子の偶数行及び奇数行のいずれか一方から順番に前記表示画像データの画素値に対応する光伝搬特性の前記切換処理を行い、当該切換処理が行われている間は他方の行の画素の光伝搬特性を光の伝搬効率が最低となる特性に切り換えるようになっていることを特徴とする請求項９又は請求項１０記載の光学表示装置。
  12. 前記第２光変調素子の行方向の画素数が、前記第１光変調素子の列方向の画素数の２倍であり、
    前記第２光伝搬特性切換手段は、前記第２光変調素子の偶数列及び奇数列のいずれか一方から順番に前記表示画像データの画素値に対応する光伝搬特性の前記切換処理を行い、当該切換処理が行われている間は他方の列の画素の光伝搬特性を光の伝搬効率が最低となる特性に切り換えるようになっていることを特徴とする請求項９又は請求項１０記載の光学表示装置。
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